docs: Fix dead link.
[oota-llvm.git] / docs / ProgrammersManual.rst
1 ========================
2 LLVM Programmer's Manual
3 ========================
4
5 .. contents::
6    :local:
7
8 .. warning::
9    This is a work in progress.
10
11 .. sectionauthor:: Chris Lattner <sabre@nondot.org>,
12                    Dinakar Dhurjati <dhurjati@cs.uiuc.edu>,
13                    Gabor Greif <ggreif@gmail.com>,
14                    Joel Stanley <jstanley@cs.uiuc.edu>,
15                    Reid Spencer <rspencer@x10sys.com> and
16                    Owen Anderson <owen@apple.com>
17
18 .. _introduction:
19
20 Introduction
21 ============
22
23 This document is meant to highlight some of the important classes and interfaces
24 available in the LLVM source-base.  This manual is not intended to explain what
25 LLVM is, how it works, and what LLVM code looks like.  It assumes that you know
26 the basics of LLVM and are interested in writing transformations or otherwise
27 analyzing or manipulating the code.
28
29 This document should get you oriented so that you can find your way in the
30 continuously growing source code that makes up the LLVM infrastructure.  Note
31 that this manual is not intended to serve as a replacement for reading the
32 source code, so if you think there should be a method in one of these classes to
33 do something, but it's not listed, check the source.  Links to the `doxygen
34 <http://llvm.org/doxygen/>`__ sources are provided to make this as easy as
35 possible.
36
37 The first section of this document describes general information that is useful
38 to know when working in the LLVM infrastructure, and the second describes the
39 Core LLVM classes.  In the future this manual will be extended with information
40 describing how to use extension libraries, such as dominator information, CFG
41 traversal routines, and useful utilities like the ``InstVisitor`` (`doxygen
42 <http://llvm.org/doxygen/InstVisitor_8h-source.html>`__) template.
43
44 .. _general:
45
46 General Information
47 ===================
48
49 This section contains general information that is useful if you are working in
50 the LLVM source-base, but that isn't specific to any particular API.
51
52 .. _stl:
53
54 The C++ Standard Template Library
55 ---------------------------------
56
57 LLVM makes heavy use of the C++ Standard Template Library (STL), perhaps much
58 more than you are used to, or have seen before.  Because of this, you might want
59 to do a little background reading in the techniques used and capabilities of the
60 library.  There are many good pages that discuss the STL, and several books on
61 the subject that you can get, so it will not be discussed in this document.
62
63 Here are some useful links:
64
65 #. `cppreference.com
66    <http://en.cppreference.com/w/>`_ - an excellent
67    reference for the STL and other parts of the standard C++ library.
68
69 #. `C++ In a Nutshell <http://www.tempest-sw.com/cpp/>`_ - This is an O'Reilly
70    book in the making.  It has a decent Standard Library Reference that rivals
71    Dinkumware's, and is unfortunately no longer free since the book has been
72    published.
73
74 #. `C++ Frequently Asked Questions <http://www.parashift.com/c++-faq-lite/>`_.
75
76 #. `SGI's STL Programmer's Guide <http://www.sgi.com/tech/stl/>`_ - Contains a
77    useful `Introduction to the STL
78    <http://www.sgi.com/tech/stl/stl_introduction.html>`_.
79
80 #. `Bjarne Stroustrup's C++ Page
81    <http://www.research.att.com/%7Ebs/C++.html>`_.
82
83 #. `Bruce Eckel's Thinking in C++, 2nd ed. Volume 2 Revision 4.0
84    (even better, get the book) <http://64.78.49.204/>`_.
85
86 You are also encouraged to take a look at the :ref:`LLVM Coding Standards
87 <coding_standards>` guide which focuses on how to write maintainable code more
88 than where to put your curly braces.
89
90 .. _resources:
91
92 Other useful references
93 -----------------------
94
95 #. `Using static and shared libraries across platforms
96    <http://www.fortran-2000.com/ArnaudRecipes/sharedlib.html>`_
97
98 .. _apis:
99
100 Important and useful LLVM APIs
101 ==============================
102
103 Here we highlight some LLVM APIs that are generally useful and good to know
104 about when writing transformations.
105
106 .. _isa:
107
108 The ``isa<>``, ``cast<>`` and ``dyn_cast<>`` templates
109 ------------------------------------------------------
110
111 The LLVM source-base makes extensive use of a custom form of RTTI.  These
112 templates have many similarities to the C++ ``dynamic_cast<>`` operator, but
113 they don't have some drawbacks (primarily stemming from the fact that
114 ``dynamic_cast<>`` only works on classes that have a v-table).  Because they are
115 used so often, you must know what they do and how they work.  All of these
116 templates are defined in the ``llvm/Support/Casting.h`` (`doxygen
117 <http://llvm.org/doxygen/Casting_8h-source.html>`__) file (note that you very
118 rarely have to include this file directly).
119
120 ``isa<>``:
121   The ``isa<>`` operator works exactly like the Java "``instanceof``" operator.
122   It returns true or false depending on whether a reference or pointer points to
123   an instance of the specified class.  This can be very useful for constraint
124   checking of various sorts (example below).
125
126 ``cast<>``:
127   The ``cast<>`` operator is a "checked cast" operation.  It converts a pointer
128   or reference from a base class to a derived class, causing an assertion
129   failure if it is not really an instance of the right type.  This should be
130   used in cases where you have some information that makes you believe that
131   something is of the right type.  An example of the ``isa<>`` and ``cast<>``
132   template is:
133
134   .. code-block:: c++
135
136     static bool isLoopInvariant(const Value *V, const Loop *L) {
137       if (isa<Constant>(V) || isa<Argument>(V) || isa<GlobalValue>(V))
138         return true;
139
140       // Otherwise, it must be an instruction...
141       return !L->contains(cast<Instruction>(V)->getParent());
142     }
143
144   Note that you should **not** use an ``isa<>`` test followed by a ``cast<>``,
145   for that use the ``dyn_cast<>`` operator.
146
147 ``dyn_cast<>``:
148   The ``dyn_cast<>`` operator is a "checking cast" operation.  It checks to see
149   if the operand is of the specified type, and if so, returns a pointer to it
150   (this operator does not work with references).  If the operand is not of the
151   correct type, a null pointer is returned.  Thus, this works very much like
152   the ``dynamic_cast<>`` operator in C++, and should be used in the same
153   circumstances.  Typically, the ``dyn_cast<>`` operator is used in an ``if``
154   statement or some other flow control statement like this:
155
156   .. code-block:: c++
157
158     if (AllocationInst *AI = dyn_cast<AllocationInst>(Val)) {
159       // ...
160     }
161
162   This form of the ``if`` statement effectively combines together a call to
163   ``isa<>`` and a call to ``cast<>`` into one statement, which is very
164   convenient.
165
166   Note that the ``dyn_cast<>`` operator, like C++'s ``dynamic_cast<>`` or Java's
167   ``instanceof`` operator, can be abused.  In particular, you should not use big
168   chained ``if/then/else`` blocks to check for lots of different variants of
169   classes.  If you find yourself wanting to do this, it is much cleaner and more
170   efficient to use the ``InstVisitor`` class to dispatch over the instruction
171   type directly.
172
173 ``cast_or_null<>``:
174   The ``cast_or_null<>`` operator works just like the ``cast<>`` operator,
175   except that it allows for a null pointer as an argument (which it then
176   propagates).  This can sometimes be useful, allowing you to combine several
177   null checks into one.
178
179 ``dyn_cast_or_null<>``:
180   The ``dyn_cast_or_null<>`` operator works just like the ``dyn_cast<>``
181   operator, except that it allows for a null pointer as an argument (which it
182   then propagates).  This can sometimes be useful, allowing you to combine
183   several null checks into one.
184
185 These five templates can be used with any classes, whether they have a v-table
186 or not.  If you want to add support for these templates, see the document
187 :ref:`How to set up LLVM-style RTTI for your class hierarchy
188 <how-to-set-up-llvm-style-rtti>`
189
190 .. _string_apis:
191
192 Passing strings (the ``StringRef`` and ``Twine`` classes)
193 ---------------------------------------------------------
194
195 Although LLVM generally does not do much string manipulation, we do have several
196 important APIs which take strings.  Two important examples are the Value class
197 -- which has names for instructions, functions, etc. -- and the ``StringMap``
198 class which is used extensively in LLVM and Clang.
199
200 These are generic classes, and they need to be able to accept strings which may
201 have embedded null characters.  Therefore, they cannot simply take a ``const
202 char *``, and taking a ``const std::string&`` requires clients to perform a heap
203 allocation which is usually unnecessary.  Instead, many LLVM APIs use a
204 ``StringRef`` or a ``const Twine&`` for passing strings efficiently.
205
206 .. _StringRef:
207
208 The ``StringRef`` class
209 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
210
211 The ``StringRef`` data type represents a reference to a constant string (a
212 character array and a length) and supports the common operations available on
213 ``std::string``, but does not require heap allocation.
214
215 It can be implicitly constructed using a C style null-terminated string, an
216 ``std::string``, or explicitly with a character pointer and length.  For
217 example, the ``StringRef`` find function is declared as:
218
219 .. code-block:: c++
220
221   iterator find(StringRef Key);
222
223 and clients can call it using any one of:
224
225 .. code-block:: c++
226
227   Map.find("foo");                 // Lookup "foo"
228   Map.find(std::string("bar"));    // Lookup "bar"
229   Map.find(StringRef("\0baz", 4)); // Lookup "\0baz"
230
231 Similarly, APIs which need to return a string may return a ``StringRef``
232 instance, which can be used directly or converted to an ``std::string`` using
233 the ``str`` member function.  See ``llvm/ADT/StringRef.h`` (`doxygen
234 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1StringRef_8h-source.html>`__) for more
235 information.
236
237 You should rarely use the ``StringRef`` class directly, because it contains
238 pointers to external memory it is not generally safe to store an instance of the
239 class (unless you know that the external storage will not be freed).
240 ``StringRef`` is small and pervasive enough in LLVM that it should always be
241 passed by value.
242
243 The ``Twine`` class
244 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
245
246 The ``Twine`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Twine.html>`__)
247 class is an efficient way for APIs to accept concatenated strings.  For example,
248 a common LLVM paradigm is to name one instruction based on the name of another
249 instruction with a suffix, for example:
250
251 .. code-block:: c++
252
253     New = CmpInst::Create(..., SO->getName() + ".cmp");
254
255 The ``Twine`` class is effectively a lightweight `rope
256 <http://en.wikipedia.org/wiki/Rope_(computer_science)>`_ which points to
257 temporary (stack allocated) objects.  Twines can be implicitly constructed as
258 the result of the plus operator applied to strings (i.e., a C strings, an
259 ``std::string``, or a ``StringRef``).  The twine delays the actual concatenation
260 of strings until it is actually required, at which point it can be efficiently
261 rendered directly into a character array.  This avoids unnecessary heap
262 allocation involved in constructing the temporary results of string
263 concatenation.  See ``llvm/ADT/Twine.h`` (`doxygen
264 <http://llvm.org/doxygen/Twine_8h_source.html>`__) and :ref:`here <dss_twine>`
265 for more information.
266
267 As with a ``StringRef``, ``Twine`` objects point to external memory and should
268 almost never be stored or mentioned directly.  They are intended solely for use
269 when defining a function which should be able to efficiently accept concatenated
270 strings.
271
272 .. _DEBUG:
273
274 The ``DEBUG()`` macro and ``-debug`` option
275 -------------------------------------------
276
277 Often when working on your pass you will put a bunch of debugging printouts and
278 other code into your pass.  After you get it working, you want to remove it, but
279 you may need it again in the future (to work out new bugs that you run across).
280
281 Naturally, because of this, you don't want to delete the debug printouts, but
282 you don't want them to always be noisy.  A standard compromise is to comment
283 them out, allowing you to enable them if you need them in the future.
284
285 The ``llvm/Support/Debug.h`` (`doxygen
286 <http://llvm.org/doxygen/Debug_8h-source.html>`__) file provides a macro named
287 ``DEBUG()`` that is a much nicer solution to this problem.  Basically, you can
288 put arbitrary code into the argument of the ``DEBUG`` macro, and it is only
289 executed if '``opt``' (or any other tool) is run with the '``-debug``' command
290 line argument:
291
292 .. code-block:: c++
293
294   DEBUG(errs() << "I am here!\n");
295
296 Then you can run your pass like this:
297
298 .. code-block:: none
299
300   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass
301   <no output>
302   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug
303   I am here!
304
305 Using the ``DEBUG()`` macro instead of a home-brewed solution allows you to not
306 have to create "yet another" command line option for the debug output for your
307 pass.  Note that ``DEBUG()`` macros are disabled for optimized builds, so they
308 do not cause a performance impact at all (for the same reason, they should also
309 not contain side-effects!).
310
311 One additional nice thing about the ``DEBUG()`` macro is that you can enable or
312 disable it directly in gdb.  Just use "``set DebugFlag=0``" or "``set
313 DebugFlag=1``" from the gdb if the program is running.  If the program hasn't
314 been started yet, you can always just run it with ``-debug``.
315
316 .. _DEBUG_TYPE:
317
318 Fine grained debug info with ``DEBUG_TYPE`` and the ``-debug-only`` option
319 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
320
321 Sometimes you may find yourself in a situation where enabling ``-debug`` just
322 turns on **too much** information (such as when working on the code generator).
323 If you want to enable debug information with more fine-grained control, you
324 define the ``DEBUG_TYPE`` macro and the ``-debug`` only option as follows:
325
326 .. code-block:: c++
327
328   #undef  DEBUG_TYPE
329   DEBUG(errs() << "No debug type\n");
330   #define DEBUG_TYPE "foo"
331   DEBUG(errs() << "'foo' debug type\n");
332   #undef  DEBUG_TYPE
333   #define DEBUG_TYPE "bar"
334   DEBUG(errs() << "'bar' debug type\n"));
335   #undef  DEBUG_TYPE
336   #define DEBUG_TYPE ""
337   DEBUG(errs() << "No debug type (2)\n");
338
339 Then you can run your pass like this:
340
341 .. code-block:: none
342
343   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass
344   <no output>
345   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug
346   No debug type
347   'foo' debug type
348   'bar' debug type
349   No debug type (2)
350   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=foo
351   'foo' debug type
352   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=bar
353   'bar' debug type
354
355 Of course, in practice, you should only set ``DEBUG_TYPE`` at the top of a file,
356 to specify the debug type for the entire module (if you do this before you
357 ``#include "llvm/Support/Debug.h"``, you don't have to insert the ugly
358 ``#undef``'s).  Also, you should use names more meaningful than "foo" and "bar",
359 because there is no system in place to ensure that names do not conflict.  If
360 two different modules use the same string, they will all be turned on when the
361 name is specified.  This allows, for example, all debug information for
362 instruction scheduling to be enabled with ``-debug-type=InstrSched``, even if
363 the source lives in multiple files.
364
365 The ``DEBUG_WITH_TYPE`` macro is also available for situations where you would
366 like to set ``DEBUG_TYPE``, but only for one specific ``DEBUG`` statement.  It
367 takes an additional first parameter, which is the type to use.  For example, the
368 preceding example could be written as:
369
370 .. code-block:: c++
371
372   DEBUG_WITH_TYPE("", errs() << "No debug type\n");
373   DEBUG_WITH_TYPE("foo", errs() << "'foo' debug type\n");
374   DEBUG_WITH_TYPE("bar", errs() << "'bar' debug type\n"));
375   DEBUG_WITH_TYPE("", errs() << "No debug type (2)\n");
376
377 .. _Statistic:
378
379 The ``Statistic`` class & ``-stats`` option
380 -------------------------------------------
381
382 The ``llvm/ADT/Statistic.h`` (`doxygen
383 <http://llvm.org/doxygen/Statistic_8h-source.html>`__) file provides a class
384 named ``Statistic`` that is used as a unified way to keep track of what the LLVM
385 compiler is doing and how effective various optimizations are.  It is useful to
386 see what optimizations are contributing to making a particular program run
387 faster.
388
389 Often you may run your pass on some big program, and you're interested to see
390 how many times it makes a certain transformation.  Although you can do this with
391 hand inspection, or some ad-hoc method, this is a real pain and not very useful
392 for big programs.  Using the ``Statistic`` class makes it very easy to keep
393 track of this information, and the calculated information is presented in a
394 uniform manner with the rest of the passes being executed.
395
396 There are many examples of ``Statistic`` uses, but the basics of using it are as
397 follows:
398
399 #. Define your statistic like this:
400
401   .. code-block:: c++
402
403     #define DEBUG_TYPE "mypassname"   // This goes before any #includes.
404     STATISTIC(NumXForms, "The # of times I did stuff");
405
406   The ``STATISTIC`` macro defines a static variable, whose name is specified by
407   the first argument.  The pass name is taken from the ``DEBUG_TYPE`` macro, and
408   the description is taken from the second argument.  The variable defined
409   ("NumXForms" in this case) acts like an unsigned integer.
410
411 #. Whenever you make a transformation, bump the counter:
412
413   .. code-block:: c++
414
415     ++NumXForms;   // I did stuff!
416
417 That's all you have to do.  To get '``opt``' to print out the statistics
418 gathered, use the '``-stats``' option:
419
420 .. code-block:: none
421
422   $ opt -stats -mypassname < program.bc > /dev/null
423   ... statistics output ...
424
425 When running ``opt`` on a C file from the SPEC benchmark suite, it gives a
426 report that looks like this:
427
428 .. code-block:: none
429
430    7646 bitcodewriter   - Number of normal instructions
431     725 bitcodewriter   - Number of oversized instructions
432  129996 bitcodewriter   - Number of bitcode bytes written
433    2817 raise           - Number of insts DCEd or constprop'd
434    3213 raise           - Number of cast-of-self removed
435    5046 raise           - Number of expression trees converted
436      75 raise           - Number of other getelementptr's formed
437     138 raise           - Number of load/store peepholes
438      42 deadtypeelim    - Number of unused typenames removed from symtab
439     392 funcresolve     - Number of varargs functions resolved
440      27 globaldce       - Number of global variables removed
441       2 adce            - Number of basic blocks removed
442     134 cee             - Number of branches revectored
443      49 cee             - Number of setcc instruction eliminated
444     532 gcse            - Number of loads removed
445    2919 gcse            - Number of instructions removed
446      86 indvars         - Number of canonical indvars added
447      87 indvars         - Number of aux indvars removed
448      25 instcombine     - Number of dead inst eliminate
449     434 instcombine     - Number of insts combined
450     248 licm            - Number of load insts hoisted
451    1298 licm            - Number of insts hoisted to a loop pre-header
452       3 licm            - Number of insts hoisted to multiple loop preds (bad, no loop pre-header)
453      75 mem2reg         - Number of alloca's promoted
454    1444 cfgsimplify     - Number of blocks simplified
455
456 Obviously, with so many optimizations, having a unified framework for this stuff
457 is very nice.  Making your pass fit well into the framework makes it more
458 maintainable and useful.
459
460 .. _ViewGraph:
461
462 Viewing graphs while debugging code
463 -----------------------------------
464
465 Several of the important data structures in LLVM are graphs: for example CFGs
466 made out of LLVM :ref:`BasicBlocks <BasicBlock>`, CFGs made out of LLVM
467 :ref:`MachineBasicBlocks <MachineBasicBlock>`, and :ref:`Instruction Selection
468 DAGs <SelectionDAG>`.  In many cases, while debugging various parts of the
469 compiler, it is nice to instantly visualize these graphs.
470
471 LLVM provides several callbacks that are available in a debug build to do
472 exactly that.  If you call the ``Function::viewCFG()`` method, for example, the
473 current LLVM tool will pop up a window containing the CFG for the function where
474 each basic block is a node in the graph, and each node contains the instructions
475 in the block.  Similarly, there also exists ``Function::viewCFGOnly()`` (does
476 not include the instructions), the ``MachineFunction::viewCFG()`` and
477 ``MachineFunction::viewCFGOnly()``, and the ``SelectionDAG::viewGraph()``
478 methods.  Within GDB, for example, you can usually use something like ``call
479 DAG.viewGraph()`` to pop up a window.  Alternatively, you can sprinkle calls to
480 these functions in your code in places you want to debug.
481
482 Getting this to work requires a small amount of configuration.  On Unix systems
483 with X11, install the `graphviz <http://www.graphviz.org>`_ toolkit, and make
484 sure 'dot' and 'gv' are in your path.  If you are running on Mac OS/X, download
485 and install the Mac OS/X `Graphviz program
486 <http://www.pixelglow.com/graphviz/>`_ and add
487 ``/Applications/Graphviz.app/Contents/MacOS/`` (or wherever you install it) to
488 your path.  Once in your system and path are set up, rerun the LLVM configure
489 script and rebuild LLVM to enable this functionality.
490
491 ``SelectionDAG`` has been extended to make it easier to locate *interesting*
492 nodes in large complex graphs.  From gdb, if you ``call DAG.setGraphColor(node,
493 "color")``, then the next ``call DAG.viewGraph()`` would highlight the node in
494 the specified color (choices of colors can be found at `colors
495 <http://www.graphviz.org/doc/info/colors.html>`_.) More complex node attributes
496 can be provided with ``call DAG.setGraphAttrs(node, "attributes")`` (choices can
497 be found at `Graph attributes <http://www.graphviz.org/doc/info/attrs.html>`_.)
498 If you want to restart and clear all the current graph attributes, then you can
499 ``call DAG.clearGraphAttrs()``.
500
501 Note that graph visualization features are compiled out of Release builds to
502 reduce file size.  This means that you need a Debug+Asserts or Release+Asserts
503 build to use these features.
504
505 .. _datastructure:
506
507 Picking the Right Data Structure for a Task
508 ===========================================
509
510 LLVM has a plethora of data structures in the ``llvm/ADT/`` directory, and we
511 commonly use STL data structures.  This section describes the trade-offs you
512 should consider when you pick one.
513
514 The first step is a choose your own adventure: do you want a sequential
515 container, a set-like container, or a map-like container?  The most important
516 thing when choosing a container is the algorithmic properties of how you plan to
517 access the container.  Based on that, you should use:
518
519
520 * a :ref:`map-like <ds_map>` container if you need efficient look-up of a
521   value based on another value.  Map-like containers also support efficient
522   queries for containment (whether a key is in the map).  Map-like containers
523   generally do not support efficient reverse mapping (values to keys).  If you
524   need that, use two maps.  Some map-like containers also support efficient
525   iteration through the keys in sorted order.  Map-like containers are the most
526   expensive sort, only use them if you need one of these capabilities.
527
528 * a :ref:`set-like <ds_set>` container if you need to put a bunch of stuff into
529   a container that automatically eliminates duplicates.  Some set-like
530   containers support efficient iteration through the elements in sorted order.
531   Set-like containers are more expensive than sequential containers.
532
533 * a :ref:`sequential <ds_sequential>` container provides the most efficient way
534   to add elements and keeps track of the order they are added to the collection.
535   They permit duplicates and support efficient iteration, but do not support
536   efficient look-up based on a key.
537
538 * a :ref:`string <ds_string>` container is a specialized sequential container or
539   reference structure that is used for character or byte arrays.
540
541 * a :ref:`bit <ds_bit>` container provides an efficient way to store and
542   perform set operations on sets of numeric id's, while automatically
543   eliminating duplicates.  Bit containers require a maximum of 1 bit for each
544   identifier you want to store.
545
546 Once the proper category of container is determined, you can fine tune the
547 memory use, constant factors, and cache behaviors of access by intelligently
548 picking a member of the category.  Note that constant factors and cache behavior
549 can be a big deal.  If you have a vector that usually only contains a few
550 elements (but could contain many), for example, it's much better to use
551 :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` than :ref:`vector <dss_vector>`.  Doing so
552 avoids (relatively) expensive malloc/free calls, which dwarf the cost of adding
553 the elements to the container.
554
555 .. _ds_sequential:
556
557 Sequential Containers (std::vector, std::list, etc)
558 ---------------------------------------------------
559
560 There are a variety of sequential containers available for you, based on your
561 needs.  Pick the first in this section that will do what you want.
562
563 .. _dss_arrayref:
564
565 llvm/ADT/ArrayRef.h
566 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
567
568 The ``llvm::ArrayRef`` class is the preferred class to use in an interface that
569 accepts a sequential list of elements in memory and just reads from them.  By
570 taking an ``ArrayRef``, the API can be passed a fixed size array, an
571 ``std::vector``, an ``llvm::SmallVector`` and anything else that is contiguous
572 in memory.
573
574 .. _dss_fixedarrays:
575
576 Fixed Size Arrays
577 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
578
579 Fixed size arrays are very simple and very fast.  They are good if you know
580 exactly how many elements you have, or you have a (low) upper bound on how many
581 you have.
582
583 .. _dss_heaparrays:
584
585 Heap Allocated Arrays
586 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
587
588 Heap allocated arrays (``new[]`` + ``delete[]``) are also simple.  They are good
589 if the number of elements is variable, if you know how many elements you will
590 need before the array is allocated, and if the array is usually large (if not,
591 consider a :ref:`SmallVector <dss_smallvector>`).  The cost of a heap allocated
592 array is the cost of the new/delete (aka malloc/free).  Also note that if you
593 are allocating an array of a type with a constructor, the constructor and
594 destructors will be run for every element in the array (re-sizable vectors only
595 construct those elements actually used).
596
597 .. _dss_tinyptrvector:
598
599 llvm/ADT/TinyPtrVector.h
600 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
601
602 ``TinyPtrVector<Type>`` is a highly specialized collection class that is
603 optimized to avoid allocation in the case when a vector has zero or one
604 elements.  It has two major restrictions: 1) it can only hold values of pointer
605 type, and 2) it cannot hold a null pointer.
606
607 Since this container is highly specialized, it is rarely used.
608
609 .. _dss_smallvector:
610
611 llvm/ADT/SmallVector.h
612 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
613
614 ``SmallVector<Type, N>`` is a simple class that looks and smells just like
615 ``vector<Type>``: it supports efficient iteration, lays out elements in memory
616 order (so you can do pointer arithmetic between elements), supports efficient
617 push_back/pop_back operations, supports efficient random access to its elements,
618 etc.
619
620 The advantage of SmallVector is that it allocates space for some number of
621 elements (N) **in the object itself**.  Because of this, if the SmallVector is
622 dynamically smaller than N, no malloc is performed.  This can be a big win in
623 cases where the malloc/free call is far more expensive than the code that
624 fiddles around with the elements.
625
626 This is good for vectors that are "usually small" (e.g. the number of
627 predecessors/successors of a block is usually less than 8).  On the other hand,
628 this makes the size of the SmallVector itself large, so you don't want to
629 allocate lots of them (doing so will waste a lot of space).  As such,
630 SmallVectors are most useful when on the stack.
631
632 SmallVector also provides a nice portable and efficient replacement for
633 ``alloca``.
634
635 .. _dss_vector:
636
637 <vector>
638 ^^^^^^^^
639
640 ``std::vector`` is well loved and respected.  It is useful when SmallVector
641 isn't: when the size of the vector is often large (thus the small optimization
642 will rarely be a benefit) or if you will be allocating many instances of the
643 vector itself (which would waste space for elements that aren't in the
644 container).  vector is also useful when interfacing with code that expects
645 vectors :).
646
647 One worthwhile note about std::vector: avoid code like this:
648
649 .. code-block:: c++
650
651   for ( ... ) {
652      std::vector<foo> V;
653      // make use of V.
654   }
655
656 Instead, write this as:
657
658 .. code-block:: c++
659
660   std::vector<foo> V;
661   for ( ... ) {
662      // make use of V.
663      V.clear();
664   }
665
666 Doing so will save (at least) one heap allocation and free per iteration of the
667 loop.
668
669 .. _dss_deque:
670
671 <deque>
672 ^^^^^^^
673
674 ``std::deque`` is, in some senses, a generalized version of ``std::vector``.
675 Like ``std::vector``, it provides constant time random access and other similar
676 properties, but it also provides efficient access to the front of the list.  It
677 does not guarantee continuity of elements within memory.
678
679 In exchange for this extra flexibility, ``std::deque`` has significantly higher
680 constant factor costs than ``std::vector``.  If possible, use ``std::vector`` or
681 something cheaper.
682
683 .. _dss_list:
684
685 <list>
686 ^^^^^^
687
688 ``std::list`` is an extremely inefficient class that is rarely useful.  It
689 performs a heap allocation for every element inserted into it, thus having an
690 extremely high constant factor, particularly for small data types.
691 ``std::list`` also only supports bidirectional iteration, not random access
692 iteration.
693
694 In exchange for this high cost, std::list supports efficient access to both ends
695 of the list (like ``std::deque``, but unlike ``std::vector`` or
696 ``SmallVector``).  In addition, the iterator invalidation characteristics of
697 std::list are stronger than that of a vector class: inserting or removing an
698 element into the list does not invalidate iterator or pointers to other elements
699 in the list.
700
701 .. _dss_ilist:
702
703 llvm/ADT/ilist.h
704 ^^^^^^^^^^^^^^^^
705
706 ``ilist<T>`` implements an 'intrusive' doubly-linked list.  It is intrusive,
707 because it requires the element to store and provide access to the prev/next
708 pointers for the list.
709
710 ``ilist`` has the same drawbacks as ``std::list``, and additionally requires an
711 ``ilist_traits`` implementation for the element type, but it provides some novel
712 characteristics.  In particular, it can efficiently store polymorphic objects,
713 the traits class is informed when an element is inserted or removed from the
714 list, and ``ilist``\ s are guaranteed to support a constant-time splice
715 operation.
716
717 These properties are exactly what we want for things like ``Instruction``\ s and
718 basic blocks, which is why these are implemented with ``ilist``\ s.
719
720 Related classes of interest are explained in the following subsections:
721
722 * :ref:`ilist_traits <dss_ilist_traits>`
723
724 * :ref:`iplist <dss_iplist>`
725
726 * :ref:`llvm/ADT/ilist_node.h <dss_ilist_node>`
727
728 * :ref:`Sentinels <dss_ilist_sentinel>`
729
730 .. _dss_packedvector:
731
732 llvm/ADT/PackedVector.h
733 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
734
735 Useful for storing a vector of values using only a few number of bits for each
736 value.  Apart from the standard operations of a vector-like container, it can
737 also perform an 'or' set operation.
738
739 For example:
740
741 .. code-block:: c++
742
743   enum State {
744       None = 0x0,
745       FirstCondition = 0x1,
746       SecondCondition = 0x2,
747       Both = 0x3
748   };
749
750   State get() {
751       PackedVector<State, 2> Vec1;
752       Vec1.push_back(FirstCondition);
753
754       PackedVector<State, 2> Vec2;
755       Vec2.push_back(SecondCondition);
756
757       Vec1 |= Vec2;
758       return Vec1[0]; // returns 'Both'.
759   }
760
761 .. _dss_ilist_traits:
762
763 ilist_traits
764 ^^^^^^^^^^^^
765
766 ``ilist_traits<T>`` is ``ilist<T>``'s customization mechanism. ``iplist<T>``
767 (and consequently ``ilist<T>``) publicly derive from this traits class.
768
769 .. _dss_iplist:
770
771 iplist
772 ^^^^^^
773
774 ``iplist<T>`` is ``ilist<T>``'s base and as such supports a slightly narrower
775 interface.  Notably, inserters from ``T&`` are absent.
776
777 ``ilist_traits<T>`` is a public base of this class and can be used for a wide
778 variety of customizations.
779
780 .. _dss_ilist_node:
781
782 llvm/ADT/ilist_node.h
783 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
784
785 ``ilist_node<T>`` implements a the forward and backward links that are expected
786 by the ``ilist<T>`` (and analogous containers) in the default manner.
787
788 ``ilist_node<T>``\ s are meant to be embedded in the node type ``T``, usually
789 ``T`` publicly derives from ``ilist_node<T>``.
790
791 .. _dss_ilist_sentinel:
792
793 Sentinels
794 ^^^^^^^^^
795
796 ``ilist``\ s have another specialty that must be considered.  To be a good
797 citizen in the C++ ecosystem, it needs to support the standard container
798 operations, such as ``begin`` and ``end`` iterators, etc.  Also, the
799 ``operator--`` must work correctly on the ``end`` iterator in the case of
800 non-empty ``ilist``\ s.
801
802 The only sensible solution to this problem is to allocate a so-called *sentinel*
803 along with the intrusive list, which serves as the ``end`` iterator, providing
804 the back-link to the last element.  However conforming to the C++ convention it
805 is illegal to ``operator++`` beyond the sentinel and it also must not be
806 dereferenced.
807
808 These constraints allow for some implementation freedom to the ``ilist`` how to
809 allocate and store the sentinel.  The corresponding policy is dictated by
810 ``ilist_traits<T>``.  By default a ``T`` gets heap-allocated whenever the need
811 for a sentinel arises.
812
813 While the default policy is sufficient in most cases, it may break down when
814 ``T`` does not provide a default constructor.  Also, in the case of many
815 instances of ``ilist``\ s, the memory overhead of the associated sentinels is
816 wasted.  To alleviate the situation with numerous and voluminous
817 ``T``-sentinels, sometimes a trick is employed, leading to *ghostly sentinels*.
818
819 Ghostly sentinels are obtained by specially-crafted ``ilist_traits<T>`` which
820 superpose the sentinel with the ``ilist`` instance in memory.  Pointer
821 arithmetic is used to obtain the sentinel, which is relative to the ``ilist``'s
822 ``this`` pointer.  The ``ilist`` is augmented by an extra pointer, which serves
823 as the back-link of the sentinel.  This is the only field in the ghostly
824 sentinel which can be legally accessed.
825
826 .. _dss_other:
827
828 Other Sequential Container options
829 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
830
831 Other STL containers are available, such as ``std::string``.
832
833 There are also various STL adapter classes such as ``std::queue``,
834 ``std::priority_queue``, ``std::stack``, etc.  These provide simplified access
835 to an underlying container but don't affect the cost of the container itself.
836
837 .. _ds_string:
838
839 String-like containers
840 ----------------------
841
842 There are a variety of ways to pass around and use strings in C and C++, and
843 LLVM adds a few new options to choose from.  Pick the first option on this list
844 that will do what you need, they are ordered according to their relative cost.
845
846 Note that is is generally preferred to *not* pass strings around as ``const
847 char*``'s.  These have a number of problems, including the fact that they
848 cannot represent embedded nul ("\0") characters, and do not have a length
849 available efficiently.  The general replacement for '``const char*``' is
850 StringRef.
851
852 For more information on choosing string containers for APIs, please see
853 :ref:`Passing Strings <string_apis>`.
854
855 .. _dss_stringref:
856
857 llvm/ADT/StringRef.h
858 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
859
860 The StringRef class is a simple value class that contains a pointer to a
861 character and a length, and is quite related to the :ref:`ArrayRef
862 <dss_arrayref>` class (but specialized for arrays of characters).  Because
863 StringRef carries a length with it, it safely handles strings with embedded nul
864 characters in it, getting the length does not require a strlen call, and it even
865 has very convenient APIs for slicing and dicing the character range that it
866 represents.
867
868 StringRef is ideal for passing simple strings around that are known to be live,
869 either because they are C string literals, std::string, a C array, or a
870 SmallVector.  Each of these cases has an efficient implicit conversion to
871 StringRef, which doesn't result in a dynamic strlen being executed.
872
873 StringRef has a few major limitations which make more powerful string containers
874 useful:
875
876 #. You cannot directly convert a StringRef to a 'const char*' because there is
877    no way to add a trailing nul (unlike the .c_str() method on various stronger
878    classes).
879
880 #. StringRef doesn't own or keep alive the underlying string bytes.
881    As such it can easily lead to dangling pointers, and is not suitable for
882    embedding in datastructures in most cases (instead, use an std::string or
883    something like that).
884
885 #. For the same reason, StringRef cannot be used as the return value of a
886    method if the method "computes" the result string.  Instead, use std::string.
887
888 #. StringRef's do not allow you to mutate the pointed-to string bytes and it
889    doesn't allow you to insert or remove bytes from the range.  For editing
890    operations like this, it interoperates with the :ref:`Twine <dss_twine>`
891    class.
892
893 Because of its strengths and limitations, it is very common for a function to
894 take a StringRef and for a method on an object to return a StringRef that points
895 into some string that it owns.
896
897 .. _dss_twine:
898
899 llvm/ADT/Twine.h
900 ^^^^^^^^^^^^^^^^
901
902 The Twine class is used as an intermediary datatype for APIs that want to take a
903 string that can be constructed inline with a series of concatenations.  Twine
904 works by forming recursive instances of the Twine datatype (a simple value
905 object) on the stack as temporary objects, linking them together into a tree
906 which is then linearized when the Twine is consumed.  Twine is only safe to use
907 as the argument to a function, and should always be a const reference, e.g.:
908
909 .. code-block:: c++
910
911   void foo(const Twine &T);
912   ...
913   StringRef X = ...
914   unsigned i = ...
915   foo(X + "." + Twine(i));
916
917 This example forms a string like "blarg.42" by concatenating the values
918 together, and does not form intermediate strings containing "blarg" or "blarg.".
919
920 Because Twine is constructed with temporary objects on the stack, and because
921 these instances are destroyed at the end of the current statement, it is an
922 inherently dangerous API.  For example, this simple variant contains undefined
923 behavior and will probably crash:
924
925 .. code-block:: c++
926
927   void foo(const Twine &T);
928   ...
929   StringRef X = ...
930   unsigned i = ...
931   const Twine &Tmp = X + "." + Twine(i);
932   foo(Tmp);
933
934 ... because the temporaries are destroyed before the call.  That said, Twine's
935 are much more efficient than intermediate std::string temporaries, and they work
936 really well with StringRef.  Just be aware of their limitations.
937
938 .. _dss_smallstring:
939
940 llvm/ADT/SmallString.h
941 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
942
943 SmallString is a subclass of :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` that adds some
944 convenience APIs like += that takes StringRef's.  SmallString avoids allocating
945 memory in the case when the preallocated space is enough to hold its data, and
946 it calls back to general heap allocation when required.  Since it owns its data,
947 it is very safe to use and supports full mutation of the string.
948
949 Like SmallVector's, the big downside to SmallString is their sizeof.  While they
950 are optimized for small strings, they themselves are not particularly small.
951 This means that they work great for temporary scratch buffers on the stack, but
952 should not generally be put into the heap: it is very rare to see a SmallString
953 as the member of a frequently-allocated heap data structure or returned
954 by-value.
955
956 .. _dss_stdstring:
957
958 std::string
959 ^^^^^^^^^^^
960
961 The standard C++ std::string class is a very general class that (like
962 SmallString) owns its underlying data.  sizeof(std::string) is very reasonable
963 so it can be embedded into heap data structures and returned by-value.  On the
964 other hand, std::string is highly inefficient for inline editing (e.g.
965 concatenating a bunch of stuff together) and because it is provided by the
966 standard library, its performance characteristics depend a lot of the host
967 standard library (e.g. libc++ and MSVC provide a highly optimized string class,
968 GCC contains a really slow implementation).
969
970 The major disadvantage of std::string is that almost every operation that makes
971 them larger can allocate memory, which is slow.  As such, it is better to use
972 SmallVector or Twine as a scratch buffer, but then use std::string to persist
973 the result.
974
975 .. _ds_set:
976
977 Set-Like Containers (std::set, SmallSet, SetVector, etc)
978 --------------------------------------------------------
979
980 Set-like containers are useful when you need to canonicalize multiple values
981 into a single representation.  There are several different choices for how to do
982 this, providing various trade-offs.
983
984 .. _dss_sortedvectorset:
985
986 A sorted 'vector'
987 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
988
989 If you intend to insert a lot of elements, then do a lot of queries, a great
990 approach is to use a vector (or other sequential container) with
991 std::sort+std::unique to remove duplicates.  This approach works really well if
992 your usage pattern has these two distinct phases (insert then query), and can be
993 coupled with a good choice of :ref:`sequential container <ds_sequential>`.
994
995 This combination provides the several nice properties: the result data is
996 contiguous in memory (good for cache locality), has few allocations, is easy to
997 address (iterators in the final vector are just indices or pointers), and can be
998 efficiently queried with a standard binary or radix search.
999
1000 .. _dss_smallset:
1001
1002 llvm/ADT/SmallSet.h
1003 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1004
1005 If you have a set-like data structure that is usually small and whose elements
1006 are reasonably small, a ``SmallSet<Type, N>`` is a good choice.  This set has
1007 space for N elements in place (thus, if the set is dynamically smaller than N,
1008 no malloc traffic is required) and accesses them with a simple linear search.
1009 When the set grows beyond 'N' elements, it allocates a more expensive
1010 representation that guarantees efficient access (for most types, it falls back
1011 to std::set, but for pointers it uses something far better, :ref:`SmallPtrSet
1012 <dss_smallptrset>`.
1013
1014 The magic of this class is that it handles small sets extremely efficiently, but
1015 gracefully handles extremely large sets without loss of efficiency.  The
1016 drawback is that the interface is quite small: it supports insertion, queries
1017 and erasing, but does not support iteration.
1018
1019 .. _dss_smallptrset:
1020
1021 llvm/ADT/SmallPtrSet.h
1022 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1023
1024 SmallPtrSet has all the advantages of ``SmallSet`` (and a ``SmallSet`` of
1025 pointers is transparently implemented with a ``SmallPtrSet``), but also supports
1026 iterators.  If more than 'N' insertions are performed, a single quadratically
1027 probed hash table is allocated and grows as needed, providing extremely
1028 efficient access (constant time insertion/deleting/queries with low constant
1029 factors) and is very stingy with malloc traffic.
1030
1031 Note that, unlike ``std::set``, the iterators of ``SmallPtrSet`` are invalidated
1032 whenever an insertion occurs.  Also, the values visited by the iterators are not
1033 visited in sorted order.
1034
1035 .. _dss_denseset:
1036
1037 llvm/ADT/DenseSet.h
1038 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1039
1040 DenseSet is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
1041 small values: it uses a single allocation to hold all of the pairs that are
1042 currently inserted in the set.  DenseSet is a great way to unique small values
1043 that are not simple pointers (use :ref:`SmallPtrSet <dss_smallptrset>` for
1044 pointers).  Note that DenseSet has the same requirements for the value type that
1045 :ref:`DenseMap <dss_densemap>` has.
1046
1047 .. _dss_sparseset:
1048
1049 llvm/ADT/SparseSet.h
1050 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1051
1052 SparseSet holds a small number of objects identified by unsigned keys of
1053 moderate size.  It uses a lot of memory, but provides operations that are almost
1054 as fast as a vector.  Typical keys are physical registers, virtual registers, or
1055 numbered basic blocks.
1056
1057 SparseSet is useful for algorithms that need very fast clear/find/insert/erase
1058 and fast iteration over small sets.  It is not intended for building composite
1059 data structures.
1060
1061 .. _dss_FoldingSet:
1062
1063 llvm/ADT/FoldingSet.h
1064 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1065
1066 FoldingSet is an aggregate class that is really good at uniquing
1067 expensive-to-create or polymorphic objects.  It is a combination of a chained
1068 hash table with intrusive links (uniqued objects are required to inherit from
1069 FoldingSetNode) that uses :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` as part of its ID
1070 process.
1071
1072 Consider a case where you want to implement a "getOrCreateFoo" method for a
1073 complex object (for example, a node in the code generator).  The client has a
1074 description of **what** it wants to generate (it knows the opcode and all the
1075 operands), but we don't want to 'new' a node, then try inserting it into a set
1076 only to find out it already exists, at which point we would have to delete it
1077 and return the node that already exists.
1078
1079 To support this style of client, FoldingSet perform a query with a
1080 FoldingSetNodeID (which wraps SmallVector) that can be used to describe the
1081 element that we want to query for.  The query either returns the element
1082 matching the ID or it returns an opaque ID that indicates where insertion should
1083 take place.  Construction of the ID usually does not require heap traffic.
1084
1085 Because FoldingSet uses intrusive links, it can support polymorphic objects in
1086 the set (for example, you can have SDNode instances mixed with LoadSDNodes).
1087 Because the elements are individually allocated, pointers to the elements are
1088 stable: inserting or removing elements does not invalidate any pointers to other
1089 elements.
1090
1091 .. _dss_set:
1092
1093 <set>
1094 ^^^^^
1095
1096 ``std::set`` is a reasonable all-around set class, which is decent at many
1097 things but great at nothing.  std::set allocates memory for each element
1098 inserted (thus it is very malloc intensive) and typically stores three pointers
1099 per element in the set (thus adding a large amount of per-element space
1100 overhead).  It offers guaranteed log(n) performance, which is not particularly
1101 fast from a complexity standpoint (particularly if the elements of the set are
1102 expensive to compare, like strings), and has extremely high constant factors for
1103 lookup, insertion and removal.
1104
1105 The advantages of std::set are that its iterators are stable (deleting or
1106 inserting an element from the set does not affect iterators or pointers to other
1107 elements) and that iteration over the set is guaranteed to be in sorted order.
1108 If the elements in the set are large, then the relative overhead of the pointers
1109 and malloc traffic is not a big deal, but if the elements of the set are small,
1110 std::set is almost never a good choice.
1111
1112 .. _dss_setvector:
1113
1114 llvm/ADT/SetVector.h
1115 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1116
1117 LLVM's ``SetVector<Type>`` is an adapter class that combines your choice of a
1118 set-like container along with a :ref:`Sequential Container <ds_sequential>` The
1119 important property that this provides is efficient insertion with uniquing
1120 (duplicate elements are ignored) with iteration support.  It implements this by
1121 inserting elements into both a set-like container and the sequential container,
1122 using the set-like container for uniquing and the sequential container for
1123 iteration.
1124
1125 The difference between SetVector and other sets is that the order of iteration
1126 is guaranteed to match the order of insertion into the SetVector.  This property
1127 is really important for things like sets of pointers.  Because pointer values
1128 are non-deterministic (e.g. vary across runs of the program on different
1129 machines), iterating over the pointers in the set will not be in a well-defined
1130 order.
1131
1132 The drawback of SetVector is that it requires twice as much space as a normal
1133 set and has the sum of constant factors from the set-like container and the
1134 sequential container that it uses.  Use it **only** if you need to iterate over
1135 the elements in a deterministic order.  SetVector is also expensive to delete
1136 elements out of (linear time), unless you use it's "pop_back" method, which is
1137 faster.
1138
1139 ``SetVector`` is an adapter class that defaults to using ``std::vector`` and a
1140 size 16 ``SmallSet`` for the underlying containers, so it is quite expensive.
1141 However, ``"llvm/ADT/SetVector.h"`` also provides a ``SmallSetVector`` class,
1142 which defaults to using a ``SmallVector`` and ``SmallSet`` of a specified size.
1143 If you use this, and if your sets are dynamically smaller than ``N``, you will
1144 save a lot of heap traffic.
1145
1146 .. _dss_uniquevector:
1147
1148 llvm/ADT/UniqueVector.h
1149 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1150
1151 UniqueVector is similar to :ref:`SetVector <dss_setvector>` but it retains a
1152 unique ID for each element inserted into the set.  It internally contains a map
1153 and a vector, and it assigns a unique ID for each value inserted into the set.
1154
1155 UniqueVector is very expensive: its cost is the sum of the cost of maintaining
1156 both the map and vector, it has high complexity, high constant factors, and
1157 produces a lot of malloc traffic.  It should be avoided.
1158
1159 .. _dss_immutableset:
1160
1161 llvm/ADT/ImmutableSet.h
1162 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1163
1164 ImmutableSet is an immutable (functional) set implementation based on an AVL
1165 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
1166 in the creation of a new ImmutableSet object.  If an ImmutableSet already exists
1167 with the given contents, then the existing one is returned; equality is compared
1168 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
1169 operations is logarithmic in the size of the original set.
1170
1171 There is no method for returning an element of the set, you can only check for
1172 membership.
1173
1174 .. _dss_otherset:
1175
1176 Other Set-Like Container Options
1177 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1178
1179 The STL provides several other options, such as std::multiset and the various
1180 "hash_set" like containers (whether from C++ TR1 or from the SGI library).  We
1181 never use hash_set and unordered_set because they are generally very expensive
1182 (each insertion requires a malloc) and very non-portable.
1183
1184 std::multiset is useful if you're not interested in elimination of duplicates,
1185 but has all the drawbacks of std::set.  A sorted vector (where you don't delete
1186 duplicate entries) or some other approach is almost always better.
1187
1188 .. _ds_map:
1189
1190 Map-Like Containers (std::map, DenseMap, etc)
1191 ---------------------------------------------
1192
1193 Map-like containers are useful when you want to associate data to a key.  As
1194 usual, there are a lot of different ways to do this. :)
1195
1196 .. _dss_sortedvectormap:
1197
1198 A sorted 'vector'
1199 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1200
1201 If your usage pattern follows a strict insert-then-query approach, you can
1202 trivially use the same approach as :ref:`sorted vectors for set-like containers
1203 <dss_sortedvectorset>`.  The only difference is that your query function (which
1204 uses std::lower_bound to get efficient log(n) lookup) should only compare the
1205 key, not both the key and value.  This yields the same advantages as sorted
1206 vectors for sets.
1207
1208 .. _dss_stringmap:
1209
1210 llvm/ADT/StringMap.h
1211 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1212
1213 Strings are commonly used as keys in maps, and they are difficult to support
1214 efficiently: they are variable length, inefficient to hash and compare when
1215 long, expensive to copy, etc.  StringMap is a specialized container designed to
1216 cope with these issues.  It supports mapping an arbitrary range of bytes to an
1217 arbitrary other object.
1218
1219 The StringMap implementation uses a quadratically-probed hash table, where the
1220 buckets store a pointer to the heap allocated entries (and some other stuff).
1221 The entries in the map must be heap allocated because the strings are variable
1222 length.  The string data (key) and the element object (value) are stored in the
1223 same allocation with the string data immediately after the element object.
1224 This container guarantees the "``(char*)(&Value+1)``" points to the key string
1225 for a value.
1226
1227 The StringMap is very fast for several reasons: quadratic probing is very cache
1228 efficient for lookups, the hash value of strings in buckets is not recomputed
1229 when looking up an element, StringMap rarely has to touch the memory for
1230 unrelated objects when looking up a value (even when hash collisions happen),
1231 hash table growth does not recompute the hash values for strings already in the
1232 table, and each pair in the map is store in a single allocation (the string data
1233 is stored in the same allocation as the Value of a pair).
1234
1235 StringMap also provides query methods that take byte ranges, so it only ever
1236 copies a string if a value is inserted into the table.
1237
1238 StringMap iteratation order, however, is not guaranteed to be deterministic, so
1239 any uses which require that should instead use a std::map.
1240
1241 .. _dss_indexmap:
1242
1243 llvm/ADT/IndexedMap.h
1244 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1245
1246 IndexedMap is a specialized container for mapping small dense integers (or
1247 values that can be mapped to small dense integers) to some other type.  It is
1248 internally implemented as a vector with a mapping function that maps the keys
1249 to the dense integer range.
1250
1251 This is useful for cases like virtual registers in the LLVM code generator: they
1252 have a dense mapping that is offset by a compile-time constant (the first
1253 virtual register ID).
1254
1255 .. _dss_densemap:
1256
1257 llvm/ADT/DenseMap.h
1258 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1259
1260 DenseMap is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
1261 small keys and values: it uses a single allocation to hold all of the pairs
1262 that are currently inserted in the map.  DenseMap is a great way to map
1263 pointers to pointers, or map other small types to each other.
1264
1265 There are several aspects of DenseMap that you should be aware of, however.
1266 The iterators in a DenseMap are invalidated whenever an insertion occurs,
1267 unlike map.  Also, because DenseMap allocates space for a large number of
1268 key/value pairs (it starts with 64 by default), it will waste a lot of space if
1269 your keys or values are large.  Finally, you must implement a partial
1270 specialization of DenseMapInfo for the key that you want, if it isn't already
1271 supported.  This is required to tell DenseMap about two special marker values
1272 (which can never be inserted into the map) that it needs internally.
1273
1274 DenseMap's find_as() method supports lookup operations using an alternate key
1275 type.  This is useful in cases where the normal key type is expensive to
1276 construct, but cheap to compare against.  The DenseMapInfo is responsible for
1277 defining the appropriate comparison and hashing methods for each alternate key
1278 type used.
1279
1280 .. _dss_valuemap:
1281
1282 llvm/ADT/ValueMap.h
1283 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1284
1285 ValueMap is a wrapper around a :ref:`DenseMap <dss_densemap>` mapping
1286 ``Value*``\ s (or subclasses) to another type.  When a Value is deleted or
1287 RAUW'ed, ValueMap will update itself so the new version of the key is mapped to
1288 the same value, just as if the key were a WeakVH.  You can configure exactly how
1289 this happens, and what else happens on these two events, by passing a ``Config``
1290 parameter to the ValueMap template.
1291
1292 .. _dss_intervalmap:
1293
1294 llvm/ADT/IntervalMap.h
1295 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1296
1297 IntervalMap is a compact map for small keys and values.  It maps key intervals
1298 instead of single keys, and it will automatically coalesce adjacent intervals.
1299 When then map only contains a few intervals, they are stored in the map object
1300 itself to avoid allocations.
1301
1302 The IntervalMap iterators are quite big, so they should not be passed around as
1303 STL iterators.  The heavyweight iterators allow a smaller data structure.
1304
1305 .. _dss_map:
1306
1307 <map>
1308 ^^^^^
1309
1310 std::map has similar characteristics to :ref:`std::set <dss_set>`: it uses a
1311 single allocation per pair inserted into the map, it offers log(n) lookup with
1312 an extremely large constant factor, imposes a space penalty of 3 pointers per
1313 pair in the map, etc.
1314
1315 std::map is most useful when your keys or values are very large, if you need to
1316 iterate over the collection in sorted order, or if you need stable iterators
1317 into the map (i.e. they don't get invalidated if an insertion or deletion of
1318 another element takes place).
1319
1320 .. _dss_mapvector:
1321
1322 llvm/ADT/MapVector.h
1323 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1324
1325 ``MapVector<KeyT,ValueT>`` provides a subset of the DenseMap interface.  The
1326 main difference is that the iteration order is guaranteed to be the insertion
1327 order, making it an easy (but somewhat expensive) solution for non-deterministic
1328 iteration over maps of pointers.
1329
1330 It is implemented by mapping from key to an index in a vector of key,value
1331 pairs.  This provides fast lookup and iteration, but has two main drawbacks: The
1332 key is stored twice and it doesn't support removing elements.
1333
1334 .. _dss_inteqclasses:
1335
1336 llvm/ADT/IntEqClasses.h
1337 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1338
1339 IntEqClasses provides a compact representation of equivalence classes of small
1340 integers.  Initially, each integer in the range 0..n-1 has its own equivalence
1341 class.  Classes can be joined by passing two class representatives to the
1342 join(a, b) method.  Two integers are in the same class when findLeader() returns
1343 the same representative.
1344
1345 Once all equivalence classes are formed, the map can be compressed so each
1346 integer 0..n-1 maps to an equivalence class number in the range 0..m-1, where m
1347 is the total number of equivalence classes.  The map must be uncompressed before
1348 it can be edited again.
1349
1350 .. _dss_immutablemap:
1351
1352 llvm/ADT/ImmutableMap.h
1353 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1354
1355 ImmutableMap is an immutable (functional) map implementation based on an AVL
1356 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
1357 in the creation of a new ImmutableMap object.  If an ImmutableMap already exists
1358 with the given key set, then the existing one is returned; equality is compared
1359 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
1360 operations is logarithmic in the size of the original map.
1361
1362 .. _dss_othermap:
1363
1364 Other Map-Like Container Options
1365 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1366
1367 The STL provides several other options, such as std::multimap and the various
1368 "hash_map" like containers (whether from C++ TR1 or from the SGI library).  We
1369 never use hash_set and unordered_set because they are generally very expensive
1370 (each insertion requires a malloc) and very non-portable.
1371
1372 std::multimap is useful if you want to map a key to multiple values, but has all
1373 the drawbacks of std::map.  A sorted vector or some other approach is almost
1374 always better.
1375
1376 .. _ds_bit:
1377
1378 Bit storage containers (BitVector, SparseBitVector)
1379 ---------------------------------------------------
1380
1381 Unlike the other containers, there are only two bit storage containers, and
1382 choosing when to use each is relatively straightforward.
1383
1384 One additional option is ``std::vector<bool>``: we discourage its use for two
1385 reasons 1) the implementation in many common compilers (e.g.  commonly
1386 available versions of GCC) is extremely inefficient and 2) the C++ standards
1387 committee is likely to deprecate this container and/or change it significantly
1388 somehow.  In any case, please don't use it.
1389
1390 .. _dss_bitvector:
1391
1392 BitVector
1393 ^^^^^^^^^
1394
1395 The BitVector container provides a dynamic size set of bits for manipulation.
1396 It supports individual bit setting/testing, as well as set operations.  The set
1397 operations take time O(size of bitvector), but operations are performed one word
1398 at a time, instead of one bit at a time.  This makes the BitVector very fast for
1399 set operations compared to other containers.  Use the BitVector when you expect
1400 the number of set bits to be high (i.e. a dense set).
1401
1402 .. _dss_smallbitvector:
1403
1404 SmallBitVector
1405 ^^^^^^^^^^^^^^
1406
1407 The SmallBitVector container provides the same interface as BitVector, but it is
1408 optimized for the case where only a small number of bits, less than 25 or so,
1409 are needed.  It also transparently supports larger bit counts, but slightly less
1410 efficiently than a plain BitVector, so SmallBitVector should only be used when
1411 larger counts are rare.
1412
1413 At this time, SmallBitVector does not support set operations (and, or, xor), and
1414 its operator[] does not provide an assignable lvalue.
1415
1416 .. _dss_sparsebitvector:
1417
1418 SparseBitVector
1419 ^^^^^^^^^^^^^^^
1420
1421 The SparseBitVector container is much like BitVector, with one major difference:
1422 Only the bits that are set, are stored.  This makes the SparseBitVector much
1423 more space efficient than BitVector when the set is sparse, as well as making
1424 set operations O(number of set bits) instead of O(size of universe).  The
1425 downside to the SparseBitVector is that setting and testing of random bits is
1426 O(N), and on large SparseBitVectors, this can be slower than BitVector.  In our
1427 implementation, setting or testing bits in sorted order (either forwards or
1428 reverse) is O(1) worst case.  Testing and setting bits within 128 bits (depends
1429 on size) of the current bit is also O(1).  As a general statement,
1430 testing/setting bits in a SparseBitVector is O(distance away from last set bit).
1431
1432 .. _common:
1433
1434 Helpful Hints for Common Operations
1435 ===================================
1436
1437 This section describes how to perform some very simple transformations of LLVM
1438 code.  This is meant to give examples of common idioms used, showing the
1439 practical side of LLVM transformations.
1440
1441 Because this is a "how-to" section, you should also read about the main classes
1442 that you will be working with.  The :ref:`Core LLVM Class Hierarchy Reference
1443 <coreclasses>` contains details and descriptions of the main classes that you
1444 should know about.
1445
1446 .. _inspection:
1447
1448 Basic Inspection and Traversal Routines
1449 ---------------------------------------
1450
1451 The LLVM compiler infrastructure have many different data structures that may be
1452 traversed.  Following the example of the C++ standard template library, the
1453 techniques used to traverse these various data structures are all basically the
1454 same.  For a enumerable sequence of values, the ``XXXbegin()`` function (or
1455 method) returns an iterator to the start of the sequence, the ``XXXend()``
1456 function returns an iterator pointing to one past the last valid element of the
1457 sequence, and there is some ``XXXiterator`` data type that is common between the
1458 two operations.
1459
1460 Because the pattern for iteration is common across many different aspects of the
1461 program representation, the standard template library algorithms may be used on
1462 them, and it is easier to remember how to iterate.  First we show a few common
1463 examples of the data structures that need to be traversed.  Other data
1464 structures are traversed in very similar ways.
1465
1466 .. _iterate_function:
1467
1468 Iterating over the ``BasicBlock`` in a ``Function``
1469 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1470
1471 It's quite common to have a ``Function`` instance that you'd like to transform
1472 in some way; in particular, you'd like to manipulate its ``BasicBlock``\ s.  To
1473 facilitate this, you'll need to iterate over all of the ``BasicBlock``\ s that
1474 constitute the ``Function``.  The following is an example that prints the name
1475 of a ``BasicBlock`` and the number of ``Instruction``\ s it contains:
1476
1477 .. code-block:: c++
1478
1479   // func is a pointer to a Function instance
1480   for (Function::iterator i = func->begin(), e = func->end(); i != e; ++i)
1481     // Print out the name of the basic block if it has one, and then the
1482     // number of instructions that it contains
1483     errs() << "Basic block (name=" << i->getName() << ") has "
1484                << i->size() << " instructions.\n";
1485
1486 Note that i can be used as if it were a pointer for the purposes of invoking
1487 member functions of the ``Instruction`` class.  This is because the indirection
1488 operator is overloaded for the iterator classes.  In the above code, the
1489 expression ``i->size()`` is exactly equivalent to ``(*i).size()`` just like
1490 you'd expect.
1491
1492 .. _iterate_basicblock:
1493
1494 Iterating over the ``Instruction`` in a ``BasicBlock``
1495 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1496
1497 Just like when dealing with ``BasicBlock``\ s in ``Function``\ s, it's easy to
1498 iterate over the individual instructions that make up ``BasicBlock``\ s.  Here's
1499 a code snippet that prints out each instruction in a ``BasicBlock``:
1500
1501 .. code-block:: c++
1502
1503   // blk is a pointer to a BasicBlock instance
1504   for (BasicBlock::iterator i = blk->begin(), e = blk->end(); i != e; ++i)
1505      // The next statement works since operator<<(ostream&,...)
1506      // is overloaded for Instruction&
1507      errs() << *i << "\n";
1508
1509
1510 However, this isn't really the best way to print out the contents of a
1511 ``BasicBlock``!  Since the ostream operators are overloaded for virtually
1512 anything you'll care about, you could have just invoked the print routine on the
1513 basic block itself: ``errs() << *blk << "\n";``.
1514
1515 .. _iterate_insiter:
1516
1517 Iterating over the ``Instruction`` in a ``Function``
1518 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1519
1520 If you're finding that you commonly iterate over a ``Function``'s
1521 ``BasicBlock``\ s and then that ``BasicBlock``'s ``Instruction``\ s,
1522 ``InstIterator`` should be used instead.  You'll need to include
1523 ``llvm/Support/InstIterator.h`` (`doxygen
1524 <http://llvm.org/doxygen/InstIterator_8h-source.html>`__) and then instantiate
1525 ``InstIterator``\ s explicitly in your code.  Here's a small example that shows
1526 how to dump all instructions in a function to the standard error stream:
1527
1528 .. code-block:: c++
1529
1530   #include "llvm/Support/InstIterator.h"
1531
1532   // F is a pointer to a Function instance
1533   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
1534     errs() << *I << "\n";
1535
1536 Easy, isn't it?  You can also use ``InstIterator``\ s to fill a work list with
1537 its initial contents.  For example, if you wanted to initialize a work list to
1538 contain all instructions in a ``Function`` F, all you would need to do is
1539 something like:
1540
1541 .. code-block:: c++
1542
1543   std::set<Instruction*> worklist;
1544   // or better yet, SmallPtrSet<Instruction*, 64> worklist;
1545
1546   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
1547     worklist.insert(&*I);
1548
1549 The STL set ``worklist`` would now contain all instructions in the ``Function``
1550 pointed to by F.
1551
1552 .. _iterate_convert:
1553
1554 Turning an iterator into a class pointer (and vice-versa)
1555 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1556
1557 Sometimes, it'll be useful to grab a reference (or pointer) to a class instance
1558 when all you've got at hand is an iterator.  Well, extracting a reference or a
1559 pointer from an iterator is very straight-forward.  Assuming that ``i`` is a
1560 ``BasicBlock::iterator`` and ``j`` is a ``BasicBlock::const_iterator``:
1561
1562 .. code-block:: c++
1563
1564   Instruction& inst = *i;   // Grab reference to instruction reference
1565   Instruction* pinst = &*i; // Grab pointer to instruction reference
1566   const Instruction& inst = *j;
1567
1568 However, the iterators you'll be working with in the LLVM framework are special:
1569 they will automatically convert to a ptr-to-instance type whenever they need to.
1570 Instead of derferencing the iterator and then taking the address of the result,
1571 you can simply assign the iterator to the proper pointer type and you get the
1572 dereference and address-of operation as a result of the assignment (behind the
1573 scenes, this is a result of overloading casting mechanisms).  Thus the last line
1574 of the last example,
1575
1576 .. code-block:: c++
1577
1578   Instruction *pinst = &*i;
1579
1580 is semantically equivalent to
1581
1582 .. code-block:: c++
1583
1584   Instruction *pinst = i;
1585
1586 It's also possible to turn a class pointer into the corresponding iterator, and
1587 this is a constant time operation (very efficient).  The following code snippet
1588 illustrates use of the conversion constructors provided by LLVM iterators.  By
1589 using these, you can explicitly grab the iterator of something without actually
1590 obtaining it via iteration over some structure:
1591
1592 .. code-block:: c++
1593
1594   void printNextInstruction(Instruction* inst) {
1595     BasicBlock::iterator it(inst);
1596     ++it; // After this line, it refers to the instruction after *inst
1597     if (it != inst->getParent()->end()) errs() << *it << "\n";
1598   }
1599
1600 Unfortunately, these implicit conversions come at a cost; they prevent these
1601 iterators from conforming to standard iterator conventions, and thus from being
1602 usable with standard algorithms and containers.  For example, they prevent the
1603 following code, where ``B`` is a ``BasicBlock``, from compiling:
1604
1605 .. code-block:: c++
1606
1607   llvm::SmallVector<llvm::Instruction *, 16>(B->begin(), B->end());
1608
1609 Because of this, these implicit conversions may be removed some day, and
1610 ``operator*`` changed to return a pointer instead of a reference.
1611
1612 .. _iterate_complex:
1613
1614 Finding call sites: a slightly more complex example
1615 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1616
1617 Say that you're writing a FunctionPass and would like to count all the locations
1618 in the entire module (that is, across every ``Function``) where a certain
1619 function (i.e., some ``Function *``) is already in scope.  As you'll learn
1620 later, you may want to use an ``InstVisitor`` to accomplish this in a much more
1621 straight-forward manner, but this example will allow us to explore how you'd do
1622 it if you didn't have ``InstVisitor`` around.  In pseudo-code, this is what we
1623 want to do:
1624
1625 .. code-block:: none
1626
1627   initialize callCounter to zero
1628   for each Function f in the Module
1629     for each BasicBlock b in f
1630       for each Instruction i in b
1631         if (i is a CallInst and calls the given function)
1632           increment callCounter
1633
1634 And the actual code is (remember, because we're writing a ``FunctionPass``, our
1635 ``FunctionPass``-derived class simply has to override the ``runOnFunction``
1636 method):
1637
1638 .. code-block:: c++
1639
1640   Function* targetFunc = ...;
1641
1642   class OurFunctionPass : public FunctionPass {
1643     public:
1644       OurFunctionPass(): callCounter(0) { }
1645
1646       virtual runOnFunction(Function& F) {
1647         for (Function::iterator b = F.begin(), be = F.end(); b != be; ++b) {
1648           for (BasicBlock::iterator i = b->begin(), ie = b->end(); i != ie; ++i) {
1649             if (CallInst* callInst = dyn_cast<CallInst>(&*i)) {
1650               // We know we've encountered a call instruction, so we
1651               // need to determine if it's a call to the
1652               // function pointed to by m_func or not.
1653               if (callInst->getCalledFunction() == targetFunc)
1654                 ++callCounter;
1655             }
1656           }
1657         }
1658       }
1659
1660     private:
1661       unsigned callCounter;
1662   };
1663
1664 .. _calls_and_invokes:
1665
1666 Treating calls and invokes the same way
1667 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1668
1669 You may have noticed that the previous example was a bit oversimplified in that
1670 it did not deal with call sites generated by 'invoke' instructions.  In this,
1671 and in other situations, you may find that you want to treat ``CallInst``\ s and
1672 ``InvokeInst``\ s the same way, even though their most-specific common base
1673 class is ``Instruction``, which includes lots of less closely-related things.
1674 For these cases, LLVM provides a handy wrapper class called ``CallSite``
1675 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1CallSite.html>`__) It is
1676 essentially a wrapper around an ``Instruction`` pointer, with some methods that
1677 provide functionality common to ``CallInst``\ s and ``InvokeInst``\ s.
1678
1679 This class has "value semantics": it should be passed by value, not by reference
1680 and it should not be dynamically allocated or deallocated using ``operator new``
1681 or ``operator delete``.  It is efficiently copyable, assignable and
1682 constructable, with costs equivalents to that of a bare pointer.  If you look at
1683 its definition, it has only a single pointer member.
1684
1685 .. _iterate_chains:
1686
1687 Iterating over def-use & use-def chains
1688 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1689
1690 Frequently, we might have an instance of the ``Value`` class (`doxygen
1691 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`__) and we want to determine
1692 which ``User`` s use the ``Value``.  The list of all ``User``\ s of a particular
1693 ``Value`` is called a *def-use* chain.  For example, let's say we have a
1694 ``Function*`` named ``F`` to a particular function ``foo``.  Finding all of the
1695 instructions that *use* ``foo`` is as simple as iterating over the *def-use*
1696 chain of ``F``:
1697
1698 .. code-block:: c++
1699
1700   Function *F = ...;
1701
1702   for (Value::use_iterator i = F->use_begin(), e = F->use_end(); i != e; ++i)
1703     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(*i)) {
1704       errs() << "F is used in instruction:\n";
1705       errs() << *Inst << "\n";
1706     }
1707
1708 Note that dereferencing a ``Value::use_iterator`` is not a very cheap operation.
1709 Instead of performing ``*i`` above several times, consider doing it only once in
1710 the loop body and reusing its result.
1711
1712 Alternatively, it's common to have an instance of the ``User`` Class (`doxygen
1713 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__) and need to know what
1714 ``Value``\ s are used by it.  The list of all ``Value``\ s used by a ``User`` is
1715 known as a *use-def* chain.  Instances of class ``Instruction`` are common
1716 ``User`` s, so we might want to iterate over all of the values that a particular
1717 instruction uses (that is, the operands of the particular ``Instruction``):
1718
1719 .. code-block:: c++
1720
1721   Instruction *pi = ...;
1722
1723   for (User::op_iterator i = pi->op_begin(), e = pi->op_end(); i != e; ++i) {
1724     Value *v = *i;
1725     // ...
1726   }
1727
1728 Declaring objects as ``const`` is an important tool of enforcing mutation free
1729 algorithms (such as analyses, etc.).  For this purpose above iterators come in
1730 constant flavors as ``Value::const_use_iterator`` and
1731 ``Value::const_op_iterator``.  They automatically arise when calling
1732 ``use/op_begin()`` on ``const Value*``\ s or ``const User*``\ s respectively.
1733 Upon dereferencing, they return ``const Use*``\ s.  Otherwise the above patterns
1734 remain unchanged.
1735
1736 .. _iterate_preds:
1737
1738 Iterating over predecessors & successors of blocks
1739 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1740
1741 Iterating over the predecessors and successors of a block is quite easy with the
1742 routines defined in ``"llvm/Support/CFG.h"``.  Just use code like this to
1743 iterate over all predecessors of BB:
1744
1745 .. code-block:: c++
1746
1747   #include "llvm/Support/CFG.h"
1748   BasicBlock *BB = ...;
1749
1750   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
1751     BasicBlock *Pred = *PI;
1752     // ...
1753   }
1754
1755 Similarly, to iterate over successors use ``succ_iterator/succ_begin/succ_end``.
1756
1757 .. _simplechanges:
1758
1759 Making simple changes
1760 ---------------------
1761
1762 There are some primitive transformation operations present in the LLVM
1763 infrastructure that are worth knowing about.  When performing transformations,
1764 it's fairly common to manipulate the contents of basic blocks.  This section
1765 describes some of the common methods for doing so and gives example code.
1766
1767 .. _schanges_creating:
1768
1769 Creating and inserting new ``Instruction``\ s
1770 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1771
1772 *Instantiating Instructions*
1773
1774 Creation of ``Instruction``\ s is straight-forward: simply call the constructor
1775 for the kind of instruction to instantiate and provide the necessary parameters.
1776 For example, an ``AllocaInst`` only *requires* a (const-ptr-to) ``Type``.  Thus:
1777
1778 .. code-block:: c++
1779
1780   AllocaInst* ai = new AllocaInst(Type::Int32Ty);
1781
1782 will create an ``AllocaInst`` instance that represents the allocation of one
1783 integer in the current stack frame, at run time.  Each ``Instruction`` subclass
1784 is likely to have varying default parameters which change the semantics of the
1785 instruction, so refer to the `doxygen documentation for the subclass of
1786 Instruction <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_ that
1787 you're interested in instantiating.
1788
1789 *Naming values*
1790
1791 It is very useful to name the values of instructions when you're able to, as
1792 this facilitates the debugging of your transformations.  If you end up looking
1793 at generated LLVM machine code, you definitely want to have logical names
1794 associated with the results of instructions!  By supplying a value for the
1795 ``Name`` (default) parameter of the ``Instruction`` constructor, you associate a
1796 logical name with the result of the instruction's execution at run time.  For
1797 example, say that I'm writing a transformation that dynamically allocates space
1798 for an integer on the stack, and that integer is going to be used as some kind
1799 of index by some other code.  To accomplish this, I place an ``AllocaInst`` at
1800 the first point in the first ``BasicBlock`` of some ``Function``, and I'm
1801 intending to use it within the same ``Function``.  I might do:
1802
1803 .. code-block:: c++
1804
1805   AllocaInst* pa = new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "indexLoc");
1806
1807 where ``indexLoc`` is now the logical name of the instruction's execution value,
1808 which is a pointer to an integer on the run time stack.
1809
1810 *Inserting instructions*
1811
1812 There are essentially two ways to insert an ``Instruction`` into an existing
1813 sequence of instructions that form a ``BasicBlock``:
1814
1815 * Insertion into an explicit instruction list
1816
1817   Given a ``BasicBlock* pb``, an ``Instruction* pi`` within that ``BasicBlock``,
1818   and a newly-created instruction we wish to insert before ``*pi``, we do the
1819   following:
1820
1821   .. code-block:: c++
1822
1823       BasicBlock *pb = ...;
1824       Instruction *pi = ...;
1825       Instruction *newInst = new Instruction(...);
1826
1827       pb->getInstList().insert(pi, newInst); // Inserts newInst before pi in pb
1828
1829   Appending to the end of a ``BasicBlock`` is so common that the ``Instruction``
1830   class and ``Instruction``-derived classes provide constructors which take a
1831   pointer to a ``BasicBlock`` to be appended to.  For example code that looked
1832   like:
1833
1834   .. code-block:: c++
1835
1836     BasicBlock *pb = ...;
1837     Instruction *newInst = new Instruction(...);
1838
1839     pb->getInstList().push_back(newInst); // Appends newInst to pb
1840
1841   becomes:
1842
1843   .. code-block:: c++
1844
1845     BasicBlock *pb = ...;
1846     Instruction *newInst = new Instruction(..., pb);
1847
1848   which is much cleaner, especially if you are creating long instruction
1849   streams.
1850
1851 * Insertion into an implicit instruction list
1852
1853   ``Instruction`` instances that are already in ``BasicBlock``\ s are implicitly
1854   associated with an existing instruction list: the instruction list of the
1855   enclosing basic block.  Thus, we could have accomplished the same thing as the
1856   above code without being given a ``BasicBlock`` by doing:
1857
1858   .. code-block:: c++
1859
1860     Instruction *pi = ...;
1861     Instruction *newInst = new Instruction(...);
1862
1863     pi->getParent()->getInstList().insert(pi, newInst);
1864
1865   In fact, this sequence of steps occurs so frequently that the ``Instruction``
1866   class and ``Instruction``-derived classes provide constructors which take (as
1867   a default parameter) a pointer to an ``Instruction`` which the newly-created
1868   ``Instruction`` should precede.  That is, ``Instruction`` constructors are
1869   capable of inserting the newly-created instance into the ``BasicBlock`` of a
1870   provided instruction, immediately before that instruction.  Using an
1871   ``Instruction`` constructor with a ``insertBefore`` (default) parameter, the
1872   above code becomes:
1873
1874   .. code-block:: c++
1875
1876     Instruction* pi = ...;
1877     Instruction* newInst = new Instruction(..., pi);
1878
1879   which is much cleaner, especially if you're creating a lot of instructions and
1880   adding them to ``BasicBlock``\ s.
1881
1882 .. _schanges_deleting:
1883
1884 Deleting Instructions
1885 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1886
1887 Deleting an instruction from an existing sequence of instructions that form a
1888 BasicBlock_ is very straight-forward: just call the instruction's
1889 ``eraseFromParent()`` method.  For example:
1890
1891 .. code-block:: c++
1892
1893   Instruction *I = .. ;
1894   I->eraseFromParent();
1895
1896 This unlinks the instruction from its containing basic block and deletes it.  If
1897 you'd just like to unlink the instruction from its containing basic block but
1898 not delete it, you can use the ``removeFromParent()`` method.
1899
1900 .. _schanges_replacing:
1901
1902 Replacing an Instruction with another Value
1903 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1904
1905 Replacing individual instructions
1906 """""""""""""""""""""""""""""""""
1907
1908 Including "`llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h
1909 <http://llvm.org/doxygen/BasicBlockUtils_8h-source.html>`_" permits use of two
1910 very useful replace functions: ``ReplaceInstWithValue`` and
1911 ``ReplaceInstWithInst``.
1912
1913 .. _schanges_deleting_sub:
1914
1915 Deleting Instructions
1916 """""""""""""""""""""
1917
1918 * ``ReplaceInstWithValue``
1919
1920   This function replaces all uses of a given instruction with a value, and then
1921   removes the original instruction.  The following example illustrates the
1922   replacement of the result of a particular ``AllocaInst`` that allocates memory
1923   for a single integer with a null pointer to an integer.
1924
1925   .. code-block:: c++
1926
1927     AllocaInst* instToReplace = ...;
1928     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
1929
1930     ReplaceInstWithValue(instToReplace->getParent()->getInstList(), ii,
1931                          Constant::getNullValue(PointerType::getUnqual(Type::Int32Ty)));
1932
1933 * ``ReplaceInstWithInst``
1934
1935   This function replaces a particular instruction with another instruction,
1936   inserting the new instruction into the basic block at the location where the
1937   old instruction was, and replacing any uses of the old instruction with the
1938   new instruction.  The following example illustrates the replacement of one
1939   ``AllocaInst`` with another.
1940
1941   .. code-block:: c++
1942
1943     AllocaInst* instToReplace = ...;
1944     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
1945
1946     ReplaceInstWithInst(instToReplace->getParent()->getInstList(), ii,
1947                         new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "ptrToReplacedInt"));
1948
1949
1950 Replacing multiple uses of Users and Values
1951 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
1952
1953 You can use ``Value::replaceAllUsesWith`` and ``User::replaceUsesOfWith`` to
1954 change more than one use at a time.  See the doxygen documentation for the
1955 `Value Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_ and `User Class
1956 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_, respectively, for more
1957 information.
1958
1959 .. _schanges_deletingGV:
1960
1961 Deleting GlobalVariables
1962 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1963
1964 Deleting a global variable from a module is just as easy as deleting an
1965 Instruction.  First, you must have a pointer to the global variable that you
1966 wish to delete.  You use this pointer to erase it from its parent, the module.
1967 For example:
1968
1969 .. code-block:: c++
1970
1971   GlobalVariable *GV = .. ;
1972
1973   GV->eraseFromParent();
1974
1975
1976 .. _create_types:
1977
1978 How to Create Types
1979 -------------------
1980
1981 In generating IR, you may need some complex types.  If you know these types
1982 statically, you can use ``TypeBuilder<...>::get()``, defined in
1983 ``llvm/Support/TypeBuilder.h``, to retrieve them.  ``TypeBuilder`` has two forms
1984 depending on whether you're building types for cross-compilation or native
1985 library use.  ``TypeBuilder<T, true>`` requires that ``T`` be independent of the
1986 host environment, meaning that it's built out of types from the ``llvm::types``
1987 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/namespacellvm_1_1types.html>`__) namespace
1988 and pointers, functions, arrays, etc. built of those.  ``TypeBuilder<T, false>``
1989 additionally allows native C types whose size may depend on the host compiler.
1990 For example,
1991
1992 .. code-block:: c++
1993
1994   FunctionType *ft = TypeBuilder<types::i<8>(types::i<32>*), true>::get();
1995
1996 is easier to read and write than the equivalent
1997
1998 .. code-block:: c++
1999
2000   std::vector<const Type*> params;
2001   params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::Int32Ty));
2002   FunctionType *ft = FunctionType::get(Type::Int8Ty, params, false);
2003
2004 See the `class comment
2005 <http://llvm.org/doxygen/TypeBuilder_8h-source.html#l00001>`_ for more details.
2006
2007 .. _threading:
2008
2009 Threads and LLVM
2010 ================
2011
2012 This section describes the interaction of the LLVM APIs with multithreading,
2013 both on the part of client applications, and in the JIT, in the hosted
2014 application.
2015
2016 Note that LLVM's support for multithreading is still relatively young.  Up
2017 through version 2.5, the execution of threaded hosted applications was
2018 supported, but not threaded client access to the APIs.  While this use case is
2019 now supported, clients *must* adhere to the guidelines specified below to ensure
2020 proper operation in multithreaded mode.
2021
2022 Note that, on Unix-like platforms, LLVM requires the presence of GCC's atomic
2023 intrinsics in order to support threaded operation.  If you need a
2024 multhreading-capable LLVM on a platform without a suitably modern system
2025 compiler, consider compiling LLVM and LLVM-GCC in single-threaded mode, and
2026 using the resultant compiler to build a copy of LLVM with multithreading
2027 support.
2028
2029 .. _startmultithreaded:
2030
2031 Entering and Exiting Multithreaded Mode
2032 ---------------------------------------
2033
2034 In order to properly protect its internal data structures while avoiding
2035 excessive locking overhead in the single-threaded case, the LLVM must intialize
2036 certain data structures necessary to provide guards around its internals.  To do
2037 so, the client program must invoke ``llvm_start_multithreaded()`` before making
2038 any concurrent LLVM API calls.  To subsequently tear down these structures, use
2039 the ``llvm_stop_multithreaded()`` call.  You can also use the
2040 ``llvm_is_multithreaded()`` call to check the status of multithreaded mode.
2041
2042 Note that both of these calls must be made *in isolation*.  That is to say that
2043 no other LLVM API calls may be executing at any time during the execution of
2044 ``llvm_start_multithreaded()`` or ``llvm_stop_multithreaded``.  It's is the
2045 client's responsibility to enforce this isolation.
2046
2047 The return value of ``llvm_start_multithreaded()`` indicates the success or
2048 failure of the initialization.  Failure typically indicates that your copy of
2049 LLVM was built without multithreading support, typically because GCC atomic
2050 intrinsics were not found in your system compiler.  In this case, the LLVM API
2051 will not be safe for concurrent calls.  However, it *will* be safe for hosting
2052 threaded applications in the JIT, though :ref:`care must be taken
2053 <jitthreading>` to ensure that side exits and the like do not accidentally
2054 result in concurrent LLVM API calls.
2055
2056 .. _shutdown:
2057
2058 Ending Execution with ``llvm_shutdown()``
2059 -----------------------------------------
2060
2061 When you are done using the LLVM APIs, you should call ``llvm_shutdown()`` to
2062 deallocate memory used for internal structures.  This will also invoke
2063 ``llvm_stop_multithreaded()`` if LLVM is operating in multithreaded mode.  As
2064 such, ``llvm_shutdown()`` requires the same isolation guarantees as
2065 ``llvm_stop_multithreaded()``.
2066
2067 Note that, if you use scope-based shutdown, you can use the
2068 ``llvm_shutdown_obj`` class, which calls ``llvm_shutdown()`` in its destructor.
2069
2070 .. _managedstatic:
2071
2072 Lazy Initialization with ``ManagedStatic``
2073 ------------------------------------------
2074
2075 ``ManagedStatic`` is a utility class in LLVM used to implement static
2076 initialization of static resources, such as the global type tables.  Before the
2077 invocation of ``llvm_shutdown()``, it implements a simple lazy initialization
2078 scheme.  Once ``llvm_start_multithreaded()`` returns, however, it uses
2079 double-checked locking to implement thread-safe lazy initialization.
2080
2081 Note that, because no other threads are allowed to issue LLVM API calls before
2082 ``llvm_start_multithreaded()`` returns, it is possible to have
2083 ``ManagedStatic``\ s of ``llvm::sys::Mutex``\ s.
2084
2085 The ``llvm_acquire_global_lock()`` and ``llvm_release_global_lock`` APIs provide
2086 access to the global lock used to implement the double-checked locking for lazy
2087 initialization.  These should only be used internally to LLVM, and only if you
2088 know what you're doing!
2089
2090 .. _llvmcontext:
2091
2092 Achieving Isolation with ``LLVMContext``
2093 ----------------------------------------
2094
2095 ``LLVMContext`` is an opaque class in the LLVM API which clients can use to
2096 operate multiple, isolated instances of LLVM concurrently within the same
2097 address space.  For instance, in a hypothetical compile-server, the compilation
2098 of an individual translation unit is conceptually independent from all the
2099 others, and it would be desirable to be able to compile incoming translation
2100 units concurrently on independent server threads.  Fortunately, ``LLVMContext``
2101 exists to enable just this kind of scenario!
2102
2103 Conceptually, ``LLVMContext`` provides isolation.  Every LLVM entity
2104 (``Module``\ s, ``Value``\ s, ``Type``\ s, ``Constant``\ s, etc.) in LLVM's
2105 in-memory IR belongs to an ``LLVMContext``.  Entities in different contexts
2106 *cannot* interact with each other: ``Module``\ s in different contexts cannot be
2107 linked together, ``Function``\ s cannot be added to ``Module``\ s in different
2108 contexts, etc.  What this means is that is is safe to compile on multiple
2109 threads simultaneously, as long as no two threads operate on entities within the
2110 same context.
2111
2112 In practice, very few places in the API require the explicit specification of a
2113 ``LLVMContext``, other than the ``Type`` creation/lookup APIs.  Because every
2114 ``Type`` carries a reference to its owning context, most other entities can
2115 determine what context they belong to by looking at their own ``Type``.  If you
2116 are adding new entities to LLVM IR, please try to maintain this interface
2117 design.
2118
2119 For clients that do *not* require the benefits of isolation, LLVM provides a
2120 convenience API ``getGlobalContext()``.  This returns a global, lazily
2121 initialized ``LLVMContext`` that may be used in situations where isolation is
2122 not a concern.
2123
2124 .. _jitthreading:
2125
2126 Threads and the JIT
2127 -------------------
2128
2129 LLVM's "eager" JIT compiler is safe to use in threaded programs.  Multiple
2130 threads can call ``ExecutionEngine::getPointerToFunction()`` or
2131 ``ExecutionEngine::runFunction()`` concurrently, and multiple threads can run
2132 code output by the JIT concurrently.  The user must still ensure that only one
2133 thread accesses IR in a given ``LLVMContext`` while another thread might be
2134 modifying it.  One way to do that is to always hold the JIT lock while accessing
2135 IR outside the JIT (the JIT *modifies* the IR by adding ``CallbackVH``\ s).
2136 Another way is to only call ``getPointerToFunction()`` from the
2137 ``LLVMContext``'s thread.
2138
2139 When the JIT is configured to compile lazily (using
2140 ``ExecutionEngine::DisableLazyCompilation(false)``), there is currently a `race
2141 condition <http://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=5184>`_ in updating call sites
2142 after a function is lazily-jitted.  It's still possible to use the lazy JIT in a
2143 threaded program if you ensure that only one thread at a time can call any
2144 particular lazy stub and that the JIT lock guards any IR access, but we suggest
2145 using only the eager JIT in threaded programs.
2146
2147 .. _advanced:
2148
2149 Advanced Topics
2150 ===============
2151
2152 This section describes some of the advanced or obscure API's that most clients
2153 do not need to be aware of.  These API's tend manage the inner workings of the
2154 LLVM system, and only need to be accessed in unusual circumstances.
2155
2156 .. _SymbolTable:
2157
2158 The ``ValueSymbolTable`` class
2159 ------------------------------
2160
2161 The ``ValueSymbolTable`` (`doxygen
2162 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1ValueSymbolTable.html>`__) class provides
2163 a symbol table that the :ref:`Function <c_Function>` and Module_ classes use for
2164 naming value definitions.  The symbol table can provide a name for any Value_.
2165
2166 Note that the ``SymbolTable`` class should not be directly accessed by most
2167 clients.  It should only be used when iteration over the symbol table names
2168 themselves are required, which is very special purpose.  Note that not all LLVM
2169 Value_\ s have names, and those without names (i.e. they have an empty name) do
2170 not exist in the symbol table.
2171
2172 Symbol tables support iteration over the values in the symbol table with
2173 ``begin/end/iterator`` and supports querying to see if a specific name is in the
2174 symbol table (with ``lookup``).  The ``ValueSymbolTable`` class exposes no
2175 public mutator methods, instead, simply call ``setName`` on a value, which will
2176 autoinsert it into the appropriate symbol table.
2177
2178 .. _UserLayout:
2179
2180 The ``User`` and owned ``Use`` classes' memory layout
2181 -----------------------------------------------------
2182
2183 The ``User`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__)
2184 class provides a basis for expressing the ownership of ``User`` towards other
2185 `Value instance <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_\ s.  The
2186 ``Use`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Use.html>`__) helper
2187 class is employed to do the bookkeeping and to facilitate *O(1)* addition and
2188 removal.
2189
2190 .. _Use2User:
2191
2192 Interaction and relationship between ``User`` and ``Use`` objects
2193 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2194
2195 A subclass of ``User`` can choose between incorporating its ``Use`` objects or
2196 refer to them out-of-line by means of a pointer.  A mixed variant (some ``Use``
2197 s inline others hung off) is impractical and breaks the invariant that the
2198 ``Use`` objects belonging to the same ``User`` form a contiguous array.
2199
2200 We have 2 different layouts in the ``User`` (sub)classes:
2201
2202 * Layout a)
2203
2204   The ``Use`` object(s) are inside (resp. at fixed offset) of the ``User``
2205   object and there are a fixed number of them.
2206
2207 * Layout b)
2208
2209   The ``Use`` object(s) are referenced by a pointer to an array from the
2210   ``User`` object and there may be a variable number of them.
2211
2212 As of v2.4 each layout still possesses a direct pointer to the start of the
2213 array of ``Use``\ s.  Though not mandatory for layout a), we stick to this
2214 redundancy for the sake of simplicity.  The ``User`` object also stores the
2215 number of ``Use`` objects it has. (Theoretically this information can also be
2216 calculated given the scheme presented below.)
2217
2218 Special forms of allocation operators (``operator new``) enforce the following
2219 memory layouts:
2220
2221 * Layout a) is modelled by prepending the ``User`` object by the ``Use[]``
2222   array.
2223
2224   .. code-block:: none
2225
2226     ...---.---.---.---.-------...
2227       | P | P | P | P | User
2228     '''---'---'---'---'-------'''
2229
2230 * Layout b) is modelled by pointing at the ``Use[]`` array.
2231
2232   .. code-block:: none
2233
2234     .-------...
2235     | User
2236     '-------'''
2237         |
2238         v
2239         .---.---.---.---...
2240         | P | P | P | P |
2241         '---'---'---'---'''
2242
2243 *(In the above figures* '``P``' *stands for the* ``Use**`` *that is stored in
2244 each* ``Use`` *object in the member* ``Use::Prev`` *)*
2245
2246 .. _Waymarking:
2247
2248 The waymarking algorithm
2249 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2250
2251 Since the ``Use`` objects are deprived of the direct (back)pointer to their
2252 ``User`` objects, there must be a fast and exact method to recover it.  This is
2253 accomplished by the following scheme:
2254
2255 A bit-encoding in the 2 LSBits (least significant bits) of the ``Use::Prev``
2256 allows to find the start of the ``User`` object:
2257
2258 * ``00`` â€“> binary digit 0
2259
2260 * ``01`` â€“> binary digit 1
2261
2262 * ``10`` â€“> stop and calculate (``s``)
2263
2264 * ``11`` â€“> full stop (``S``)
2265
2266 Given a ``Use*``, all we have to do is to walk till we get a stop and we either
2267 have a ``User`` immediately behind or we have to walk to the next stop picking
2268 up digits and calculating the offset:
2269
2270 .. code-block:: none
2271
2272   .---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.----------------
2273   | 1 | s | 1 | 0 | 1 | 0 | s | 1 | 1 | 0 | s | 1 | 1 | s | 1 | S | User (or User*)
2274   '---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'----------------
2275       |+15                |+10            |+6         |+3     |+1
2276       |                   |               |           |       | __>
2277       |                   |               |           | __________>
2278       |                   |               | ______________________>
2279       |                   | ______________________________________>
2280       | __________________________________________________________>
2281
2282 Only the significant number of bits need to be stored between the stops, so that
2283 the *worst case is 20 memory accesses* when there are 1000 ``Use`` objects
2284 associated with a ``User``.
2285
2286 .. _ReferenceImpl:
2287
2288 Reference implementation
2289 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2290
2291 The following literate Haskell fragment demonstrates the concept:
2292
2293 .. code-block:: haskell
2294
2295   > import Test.QuickCheck
2296   >
2297   > digits :: Int -> [Char] -> [Char]
2298   > digits 0 acc = '0' : acc
2299   > digits 1 acc = '1' : acc
2300   > digits n acc = digits (n `div` 2) $ digits (n `mod` 2) acc
2301   >
2302   > dist :: Int -> [Char] -> [Char]
2303   > dist 0 [] = ['S']
2304   > dist 0 acc = acc
2305   > dist 1 acc = let r = dist 0 acc in 's' : digits (length r) r
2306   > dist n acc = dist (n - 1) $ dist 1 acc
2307   >
2308   > takeLast n ss = reverse $ take n $ reverse ss
2309   >
2310   > test = takeLast 40 $ dist 20 []
2311   >
2312
2313 Printing <test> gives: ``"1s100000s11010s10100s1111s1010s110s11s1S"``
2314
2315 The reverse algorithm computes the length of the string just by examining a
2316 certain prefix:
2317
2318 .. code-block:: haskell
2319
2320   > pref :: [Char] -> Int
2321   > pref "S" = 1
2322   > pref ('s':'1':rest) = decode 2 1 rest
2323   > pref (_:rest) = 1 + pref rest
2324   >
2325   > decode walk acc ('0':rest) = decode (walk + 1) (acc * 2) rest
2326   > decode walk acc ('1':rest) = decode (walk + 1) (acc * 2 + 1) rest
2327   > decode walk acc _ = walk + acc
2328   >
2329
2330 Now, as expected, printing <pref test> gives ``40``.
2331
2332 We can *quickCheck* this with following property:
2333
2334 .. code-block:: haskell
2335
2336   > testcase = dist 2000 []
2337   > testcaseLength = length testcase
2338   >
2339   > identityProp n = n > 0 && n <= testcaseLength ==> length arr == pref arr
2340   >     where arr = takeLast n testcase
2341   >
2342
2343 As expected <quickCheck identityProp> gives:
2344
2345 ::
2346
2347   *Main> quickCheck identityProp
2348   OK, passed 100 tests.
2349
2350 Let's be a bit more exhaustive:
2351
2352 .. code-block:: haskell
2353
2354   >
2355   > deepCheck p = check (defaultConfig { configMaxTest = 500 }) p
2356   >
2357
2358 And here is the result of <deepCheck identityProp>:
2359
2360 ::
2361
2362   *Main> deepCheck identityProp
2363   OK, passed 500 tests.
2364
2365 .. _Tagging:
2366
2367 Tagging considerations
2368 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2369
2370 To maintain the invariant that the 2 LSBits of each ``Use**`` in ``Use`` never
2371 change after being set up, setters of ``Use::Prev`` must re-tag the new
2372 ``Use**`` on every modification.  Accordingly getters must strip the tag bits.
2373
2374 For layout b) instead of the ``User`` we find a pointer (``User*`` with LSBit
2375 set).  Following this pointer brings us to the ``User``.  A portable trick
2376 ensures that the first bytes of ``User`` (if interpreted as a pointer) never has
2377 the LSBit set. (Portability is relying on the fact that all known compilers
2378 place the ``vptr`` in the first word of the instances.)
2379
2380 .. _coreclasses:
2381
2382 The Core LLVM Class Hierarchy Reference
2383 =======================================
2384
2385 ``#include "llvm/Type.h"``
2386
2387 header source: `Type.h <http://llvm.org/doxygen/Type_8h-source.html>`_
2388
2389 doxygen info: `Type Clases <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Type.html>`_
2390
2391 The Core LLVM classes are the primary means of representing the program being
2392 inspected or transformed.  The core LLVM classes are defined in header files in
2393 the ``include/llvm/`` directory, and implemented in the ``lib/VMCore``
2394 directory.
2395
2396 .. _Type:
2397
2398 The Type class and Derived Types
2399 --------------------------------
2400
2401 ``Type`` is a superclass of all type classes.  Every ``Value`` has a ``Type``.
2402 ``Type`` cannot be instantiated directly but only through its subclasses.
2403 Certain primitive types (``VoidType``, ``LabelType``, ``FloatType`` and
2404 ``DoubleType``) have hidden subclasses.  They are hidden because they offer no
2405 useful functionality beyond what the ``Type`` class offers except to distinguish
2406 themselves from other subclasses of ``Type``.
2407
2408 All other types are subclasses of ``DerivedType``.  Types can be named, but this
2409 is not a requirement.  There exists exactly one instance of a given shape at any
2410 one time.  This allows type equality to be performed with address equality of
2411 the Type Instance.  That is, given two ``Type*`` values, the types are identical
2412 if the pointers are identical.
2413
2414 .. _m_Type:
2415
2416 Important Public Methods
2417 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2418
2419 * ``bool isIntegerTy() const``: Returns true for any integer type.
2420
2421 * ``bool isFloatingPointTy()``: Return true if this is one of the five
2422   floating point types.
2423
2424 * ``bool isSized()``: Return true if the type has known size.  Things
2425   that don't have a size are abstract types, labels and void.
2426
2427 .. _derivedtypes:
2428
2429 Important Derived Types
2430 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2431
2432 ``IntegerType``
2433   Subclass of DerivedType that represents integer types of any bit width.  Any
2434   bit width between ``IntegerType::MIN_INT_BITS`` (1) and
2435   ``IntegerType::MAX_INT_BITS`` (~8 million) can be represented.
2436
2437   * ``static const IntegerType* get(unsigned NumBits)``: get an integer
2438     type of a specific bit width.
2439
2440   * ``unsigned getBitWidth() const``: Get the bit width of an integer type.
2441
2442 ``SequentialType``
2443   This is subclassed by ArrayType, PointerType and VectorType.
2444
2445   * ``const Type * getElementType() const``: Returns the type of each
2446     of the elements in the sequential type.
2447
2448 ``ArrayType``
2449   This is a subclass of SequentialType and defines the interface for array
2450   types.
2451
2452   * ``unsigned getNumElements() const``: Returns the number of elements
2453     in the array.
2454
2455 ``PointerType``
2456   Subclass of SequentialType for pointer types.
2457
2458 ``VectorType``
2459   Subclass of SequentialType for vector types.  A vector type is similar to an
2460   ArrayType but is distinguished because it is a first class type whereas
2461   ArrayType is not.  Vector types are used for vector operations and are usually
2462   small vectors of of an integer or floating point type.
2463
2464 ``StructType``
2465   Subclass of DerivedTypes for struct types.
2466
2467 .. _FunctionType:
2468
2469 ``FunctionType``
2470   Subclass of DerivedTypes for function types.
2471
2472   * ``bool isVarArg() const``: Returns true if it's a vararg function.
2473
2474   * ``const Type * getReturnType() const``: Returns the return type of the
2475     function.
2476
2477   * ``const Type * getParamType (unsigned i)``: Returns the type of the ith
2478     parameter.
2479
2480   * ``const unsigned getNumParams() const``: Returns the number of formal
2481     parameters.
2482
2483 .. _Module:
2484
2485 The ``Module`` class
2486 --------------------
2487
2488 ``#include "llvm/Module.h"``
2489
2490 header source: `Module.h <http://llvm.org/doxygen/Module_8h-source.html>`_
2491
2492 doxygen info: `Module Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Module.html>`_
2493
2494 The ``Module`` class represents the top level structure present in LLVM
2495 programs.  An LLVM module is effectively either a translation unit of the
2496 original program or a combination of several translation units merged by the
2497 linker.  The ``Module`` class keeps track of a list of :ref:`Function
2498 <c_Function>`\ s, a list of GlobalVariable_\ s, and a SymbolTable_.
2499 Additionally, it contains a few helpful member functions that try to make common
2500 operations easy.
2501
2502 .. _m_Module:
2503
2504 Important Public Members of the ``Module`` class
2505 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2506
2507 * ``Module::Module(std::string name = "")``
2508
2509   Constructing a Module_ is easy.  You can optionally provide a name for it
2510   (probably based on the name of the translation unit).
2511
2512 * | ``Module::iterator`` - Typedef for function list iterator
2513   | ``Module::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
2514   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``
2515
2516   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
2517   ``Module`` object's :ref:`Function <c_Function>` list.
2518
2519 * ``Module::FunctionListType &getFunctionList()``
2520
2521   Returns the list of :ref:`Function <c_Function>`\ s.  This is necessary to use
2522   when you need to update the list or perform a complex action that doesn't have
2523   a forwarding method.
2524
2525 ----------------
2526
2527 * | ``Module::global_iterator`` - Typedef for global variable list iterator
2528   | ``Module::const_global_iterator`` - Typedef for const_iterator.
2529   | ``global_begin()``, ``global_end()``, ``global_size()``, ``global_empty()``
2530
2531   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
2532   ``Module`` object's GlobalVariable_ list.
2533
2534 * ``Module::GlobalListType &getGlobalList()``
2535
2536   Returns the list of GlobalVariable_\ s.  This is necessary to use when you
2537   need to update the list or perform a complex action that doesn't have a
2538   forwarding method.
2539
2540 ----------------
2541
2542 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
2543
2544   Return a reference to the SymbolTable_ for this ``Module``.
2545
2546 ----------------
2547
2548 * ``Function *getFunction(StringRef Name) const``
2549
2550   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If it does not
2551   exist, return ``null``.
2552
2553 * ``Function *getOrInsertFunction(const std::string &Name, const FunctionType
2554   *T)``
2555
2556   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If it does not
2557   exist, add an external declaration for the function and return it.
2558
2559 * ``std::string getTypeName(const Type *Ty)``
2560
2561   If there is at least one entry in the SymbolTable_ for the specified Type_,
2562   return it.  Otherwise return the empty string.
2563
2564 * ``bool addTypeName(const std::string &Name, const Type *Ty)``
2565
2566   Insert an entry in the SymbolTable_ mapping ``Name`` to ``Ty``.  If there is
2567   already an entry for this name, true is returned and the SymbolTable_ is not
2568   modified.
2569
2570 .. _Value:
2571
2572 The ``Value`` class
2573 -------------------
2574
2575 ``#include "llvm/Value.h"``
2576
2577 header source: `Value.h <http://llvm.org/doxygen/Value_8h-source.html>`_
2578
2579 doxygen info: `Value Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_
2580
2581 The ``Value`` class is the most important class in the LLVM Source base.  It
2582 represents a typed value that may be used (among other things) as an operand to
2583 an instruction.  There are many different types of ``Value``\ s, such as
2584 Constant_\ s, Argument_\ s.  Even Instruction_\ s and :ref:`Function
2585 <c_Function>`\ s are ``Value``\ s.
2586
2587 A particular ``Value`` may be used many times in the LLVM representation for a
2588 program.  For example, an incoming argument to a function (represented with an
2589 instance of the Argument_ class) is "used" by every instruction in the function
2590 that references the argument.  To keep track of this relationship, the ``Value``
2591 class keeps a list of all of the ``User``\ s that is using it (the User_ class
2592 is a base class for all nodes in the LLVM graph that can refer to ``Value``\ s).
2593 This use list is how LLVM represents def-use information in the program, and is
2594 accessible through the ``use_*`` methods, shown below.
2595
2596 Because LLVM is a typed representation, every LLVM ``Value`` is typed, and this
2597 Type_ is available through the ``getType()`` method.  In addition, all LLVM
2598 values can be named.  The "name" of the ``Value`` is a symbolic string printed
2599 in the LLVM code:
2600
2601 .. code-block:: llvm
2602
2603   %foo = add i32 1, 2
2604
2605 .. _nameWarning:
2606
2607 The name of this instruction is "foo". **NOTE** that the name of any value may
2608 be missing (an empty string), so names should **ONLY** be used for debugging
2609 (making the source code easier to read, debugging printouts), they should not be
2610 used to keep track of values or map between them.  For this purpose, use a
2611 ``std::map`` of pointers to the ``Value`` itself instead.
2612
2613 One important aspect of LLVM is that there is no distinction between an SSA
2614 variable and the operation that produces it.  Because of this, any reference to
2615 the value produced by an instruction (or the value available as an incoming
2616 argument, for example) is represented as a direct pointer to the instance of the
2617 class that represents this value.  Although this may take some getting used to,
2618 it simplifies the representation and makes it easier to manipulate.
2619
2620 .. _m_Value:
2621
2622 Important Public Members of the ``Value`` class
2623 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2624
2625 * | ``Value::use_iterator`` - Typedef for iterator over the use-list
2626   | ``Value::const_use_iterator`` - Typedef for const_iterator over the
2627     use-list
2628   | ``unsigned use_size()`` - Returns the number of users of the value.
2629   | ``bool use_empty()`` - Returns true if there are no users.
2630   | ``use_iterator use_begin()`` - Get an iterator to the start of the
2631     use-list.
2632   | ``use_iterator use_end()`` - Get an iterator to the end of the use-list.
2633   | ``User *use_back()`` - Returns the last element in the list.
2634
2635   These methods are the interface to access the def-use information in LLVM.
2636   As with all other iterators in LLVM, the naming conventions follow the
2637   conventions defined by the STL_.
2638
2639 * ``Type *getType() const``
2640   This method returns the Type of the Value.
2641
2642 * | ``bool hasName() const``
2643   | ``std::string getName() const``
2644   | ``void setName(const std::string &Name)``
2645
2646   This family of methods is used to access and assign a name to a ``Value``, be
2647   aware of the :ref:`precaution above <nameWarning>`.
2648
2649 * ``void replaceAllUsesWith(Value *V)``
2650
2651   This method traverses the use list of a ``Value`` changing all User_\ s of the
2652   current value to refer to "``V``" instead.  For example, if you detect that an
2653   instruction always produces a constant value (for example through constant
2654   folding), you can replace all uses of the instruction with the constant like
2655   this:
2656
2657   .. code-block:: c++
2658
2659     Inst->replaceAllUsesWith(ConstVal);
2660
2661 .. _User:
2662
2663 The ``User`` class
2664 ------------------
2665
2666 ``#include "llvm/User.h"``
2667
2668 header source: `User.h <http://llvm.org/doxygen/User_8h-source.html>`_
2669
2670 doxygen info: `User Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_
2671
2672 Superclass: Value_
2673
2674 The ``User`` class is the common base class of all LLVM nodes that may refer to
2675 ``Value``\ s.  It exposes a list of "Operands" that are all of the ``Value``\ s
2676 that the User is referring to.  The ``User`` class itself is a subclass of
2677 ``Value``.
2678
2679 The operands of a ``User`` point directly to the LLVM ``Value`` that it refers
2680 to.  Because LLVM uses Static Single Assignment (SSA) form, there can only be
2681 one definition referred to, allowing this direct connection.  This connection
2682 provides the use-def information in LLVM.
2683
2684 .. _m_User:
2685
2686 Important Public Members of the ``User`` class
2687 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2688
2689 The ``User`` class exposes the operand list in two ways: through an index access
2690 interface and through an iterator based interface.
2691
2692 * | ``Value *getOperand(unsigned i)``
2693   | ``unsigned getNumOperands()``
2694
2695   These two methods expose the operands of the ``User`` in a convenient form for
2696   direct access.
2697
2698 * | ``User::op_iterator`` - Typedef for iterator over the operand list
2699   | ``op_iterator op_begin()`` - Get an iterator to the start of the operand
2700     list.
2701   | ``op_iterator op_end()`` - Get an iterator to the end of the operand list.
2702
2703   Together, these methods make up the iterator based interface to the operands
2704   of a ``User``.
2705
2706
2707 .. _Instruction:
2708
2709 The ``Instruction`` class
2710 -------------------------
2711
2712 ``#include "llvm/Instruction.h"``
2713
2714 header source: `Instruction.h
2715 <http://llvm.org/doxygen/Instruction_8h-source.html>`_
2716
2717 doxygen info: `Instruction Class
2718 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_
2719
2720 Superclasses: User_, Value_
2721
2722 The ``Instruction`` class is the common base class for all LLVM instructions.
2723 It provides only a few methods, but is a very commonly used class.  The primary
2724 data tracked by the ``Instruction`` class itself is the opcode (instruction
2725 type) and the parent BasicBlock_ the ``Instruction`` is embedded into.  To
2726 represent a specific type of instruction, one of many subclasses of
2727 ``Instruction`` are used.
2728
2729 Because the ``Instruction`` class subclasses the User_ class, its operands can
2730 be accessed in the same way as for other ``User``\ s (with the
2731 ``getOperand()``/``getNumOperands()`` and ``op_begin()``/``op_end()`` methods).
2732 An important file for the ``Instruction`` class is the ``llvm/Instruction.def``
2733 file.  This file contains some meta-data about the various different types of
2734 instructions in LLVM.  It describes the enum values that are used as opcodes
2735 (for example ``Instruction::Add`` and ``Instruction::ICmp``), as well as the
2736 concrete sub-classes of ``Instruction`` that implement the instruction (for
2737 example BinaryOperator_ and CmpInst_).  Unfortunately, the use of macros in this
2738 file confuses doxygen, so these enum values don't show up correctly in the
2739 `doxygen output <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_.
2740
2741 .. _s_Instruction:
2742
2743 Important Subclasses of the ``Instruction`` class
2744 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2745
2746 .. _BinaryOperator:
2747
2748 * ``BinaryOperator``
2749
2750   This subclasses represents all two operand instructions whose operands must be
2751   the same type, except for the comparison instructions.
2752
2753 .. _CastInst:
2754
2755 * ``CastInst``
2756   This subclass is the parent of the 12 casting instructions.  It provides
2757   common operations on cast instructions.
2758
2759 .. _CmpInst:
2760
2761 * ``CmpInst``
2762
2763   This subclass respresents the two comparison instructions,
2764   `ICmpInst <LangRef.html#i_icmp>`_ (integer opreands), and
2765   `FCmpInst <LangRef.html#i_fcmp>`_ (floating point operands).
2766
2767 .. _TerminatorInst:
2768
2769 * ``TerminatorInst``
2770
2771   This subclass is the parent of all terminator instructions (those which can
2772   terminate a block).
2773
2774 .. _m_Instruction:
2775
2776 Important Public Members of the ``Instruction`` class
2777 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2778
2779 * ``BasicBlock *getParent()``
2780
2781   Returns the BasicBlock_ that this
2782   ``Instruction`` is embedded into.
2783
2784 * ``bool mayWriteToMemory()``
2785
2786   Returns true if the instruction writes to memory, i.e. it is a ``call``,
2787   ``free``, ``invoke``, or ``store``.
2788
2789 * ``unsigned getOpcode()``
2790
2791   Returns the opcode for the ``Instruction``.
2792
2793 * ``Instruction *clone() const``
2794
2795   Returns another instance of the specified instruction, identical in all ways
2796   to the original except that the instruction has no parent (i.e. it's not
2797   embedded into a BasicBlock_), and it has no name.
2798
2799 .. _Constant:
2800
2801 The ``Constant`` class and subclasses
2802 -------------------------------------
2803
2804 Constant represents a base class for different types of constants.  It is
2805 subclassed by ConstantInt, ConstantArray, etc. for representing the various
2806 types of Constants.  GlobalValue_ is also a subclass, which represents the
2807 address of a global variable or function.
2808
2809 .. _s_Constant:
2810
2811 Important Subclasses of Constant
2812 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2813
2814 * ConstantInt : This subclass of Constant represents an integer constant of
2815   any width.
2816
2817   * ``const APInt& getValue() const``: Returns the underlying
2818     value of this constant, an APInt value.
2819
2820   * ``int64_t getSExtValue() const``: Converts the underlying APInt value to an
2821     int64_t via sign extension.  If the value (not the bit width) of the APInt
2822     is too large to fit in an int64_t, an assertion will result.  For this
2823     reason, use of this method is discouraged.
2824
2825   * ``uint64_t getZExtValue() const``: Converts the underlying APInt value
2826     to a uint64_t via zero extension.  IF the value (not the bit width) of the
2827     APInt is too large to fit in a uint64_t, an assertion will result.  For this
2828     reason, use of this method is discouraged.
2829
2830   * ``static ConstantInt* get(const APInt& Val)``: Returns the ConstantInt
2831     object that represents the value provided by ``Val``.  The type is implied
2832     as the IntegerType that corresponds to the bit width of ``Val``.
2833
2834   * ``static ConstantInt* get(const Type *Ty, uint64_t Val)``: Returns the
2835     ConstantInt object that represents the value provided by ``Val`` for integer
2836     type ``Ty``.
2837
2838 * ConstantFP : This class represents a floating point constant.
2839
2840   * ``double getValue() const``: Returns the underlying value of this constant.
2841
2842 * ConstantArray : This represents a constant array.
2843
2844   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
2845     component constants that makeup this array.
2846
2847 * ConstantStruct : This represents a constant struct.
2848
2849   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
2850     component constants that makeup this array.
2851
2852 * GlobalValue : This represents either a global variable or a function.  In
2853   either case, the value is a constant fixed address (after linking).
2854
2855 .. _GlobalValue:
2856
2857 The ``GlobalValue`` class
2858 -------------------------
2859
2860 ``#include "llvm/GlobalValue.h"``
2861
2862 header source: `GlobalValue.h
2863 <http://llvm.org/doxygen/GlobalValue_8h-source.html>`_
2864
2865 doxygen info: `GlobalValue Class
2866 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalValue.html>`_
2867
2868 Superclasses: Constant_, User_, Value_
2869
2870 Global values ( GlobalVariable_\ s or :ref:`Function <c_Function>`\ s) are the
2871 only LLVM values that are visible in the bodies of all :ref:`Function
2872 <c_Function>`\ s.  Because they are visible at global scope, they are also
2873 subject to linking with other globals defined in different translation units.
2874 To control the linking process, ``GlobalValue``\ s know their linkage rules.
2875 Specifically, ``GlobalValue``\ s know whether they have internal or external
2876 linkage, as defined by the ``LinkageTypes`` enumeration.
2877
2878 If a ``GlobalValue`` has internal linkage (equivalent to being ``static`` in C),
2879 it is not visible to code outside the current translation unit, and does not
2880 participate in linking.  If it has external linkage, it is visible to external
2881 code, and does participate in linking.  In addition to linkage information,
2882 ``GlobalValue``\ s keep track of which Module_ they are currently part of.
2883
2884 Because ``GlobalValue``\ s are memory objects, they are always referred to by
2885 their **address**.  As such, the Type_ of a global is always a pointer to its
2886 contents.  It is important to remember this when using the ``GetElementPtrInst``
2887 instruction because this pointer must be dereferenced first.  For example, if
2888 you have a ``GlobalVariable`` (a subclass of ``GlobalValue)`` that is an array
2889 of 24 ints, type ``[24 x i32]``, then the ``GlobalVariable`` is a pointer to
2890 that array.  Although the address of the first element of this array and the
2891 value of the ``GlobalVariable`` are the same, they have different types.  The
2892 ``GlobalVariable``'s type is ``[24 x i32]``.  The first element's type is
2893 ``i32.`` Because of this, accessing a global value requires you to dereference
2894 the pointer with ``GetElementPtrInst`` first, then its elements can be accessed.
2895 This is explained in the `LLVM Language Reference Manual
2896 <LangRef.html#globalvars>`_.
2897
2898 .. _m_GlobalValue:
2899
2900 Important Public Members of the ``GlobalValue`` class
2901 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2902
2903 * | ``bool hasInternalLinkage() const``
2904   | ``bool hasExternalLinkage() const``
2905   | ``void setInternalLinkage(bool HasInternalLinkage)``
2906
2907   These methods manipulate the linkage characteristics of the ``GlobalValue``.
2908
2909 * ``Module *getParent()``
2910
2911   This returns the Module_ that the
2912   GlobalValue is currently embedded into.
2913
2914 .. _c_Function:
2915
2916 The ``Function`` class
2917 ----------------------
2918
2919 ``#include "llvm/Function.h"``
2920
2921 header source: `Function.h <http://llvm.org/doxygen/Function_8h-source.html>`_
2922
2923 doxygen info: `Function Class
2924 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Function.html>`_
2925
2926 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
2927
2928 The ``Function`` class represents a single procedure in LLVM.  It is actually
2929 one of the more complex classes in the LLVM hierarchy because it must keep track
2930 of a large amount of data.  The ``Function`` class keeps track of a list of
2931 BasicBlock_\ s, a list of formal Argument_\ s, and a SymbolTable_.
2932
2933 The list of BasicBlock_\ s is the most commonly used part of ``Function``
2934 objects.  The list imposes an implicit ordering of the blocks in the function,
2935 which indicate how the code will be laid out by the backend.  Additionally, the
2936 first BasicBlock_ is the implicit entry node for the ``Function``.  It is not
2937 legal in LLVM to explicitly branch to this initial block.  There are no implicit
2938 exit nodes, and in fact there may be multiple exit nodes from a single
2939 ``Function``.  If the BasicBlock_ list is empty, this indicates that the
2940 ``Function`` is actually a function declaration: the actual body of the function
2941 hasn't been linked in yet.
2942
2943 In addition to a list of BasicBlock_\ s, the ``Function`` class also keeps track
2944 of the list of formal Argument_\ s that the function receives.  This container
2945 manages the lifetime of the Argument_ nodes, just like the BasicBlock_ list does
2946 for the BasicBlock_\ s.
2947
2948 The SymbolTable_ is a very rarely used LLVM feature that is only used when you
2949 have to look up a value by name.  Aside from that, the SymbolTable_ is used
2950 internally to make sure that there are not conflicts between the names of
2951 Instruction_\ s, BasicBlock_\ s, or Argument_\ s in the function body.
2952
2953 Note that ``Function`` is a GlobalValue_ and therefore also a Constant_.  The
2954 value of the function is its address (after linking) which is guaranteed to be
2955 constant.
2956
2957 .. _m_Function:
2958
2959 Important Public Members of the ``Function``
2960 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2961
2962 * ``Function(const FunctionType *Ty, LinkageTypes Linkage,
2963   const std::string &N = "", Module* Parent = 0)``
2964
2965   Constructor used when you need to create new ``Function``\ s to add the
2966   program.  The constructor must specify the type of the function to create and
2967   what type of linkage the function should have.  The FunctionType_ argument
2968   specifies the formal arguments and return value for the function.  The same
2969   FunctionType_ value can be used to create multiple functions.  The ``Parent``
2970   argument specifies the Module in which the function is defined.  If this
2971   argument is provided, the function will automatically be inserted into that
2972   module's list of functions.
2973
2974 * ``bool isDeclaration()``
2975
2976   Return whether or not the ``Function`` has a body defined.  If the function is
2977   "external", it does not have a body, and thus must be resolved by linking with
2978   a function defined in a different translation unit.
2979
2980 * | ``Function::iterator`` - Typedef for basic block list iterator
2981   | ``Function::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
2982   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``
2983
2984   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
2985   ``Function`` object's BasicBlock_ list.
2986
2987 * ``Function::BasicBlockListType &getBasicBlockList()``
2988
2989   Returns the list of BasicBlock_\ s.  This is necessary to use when you need to
2990   update the list or perform a complex action that doesn't have a forwarding
2991   method.
2992
2993 * | ``Function::arg_iterator`` - Typedef for the argument list iterator
2994   | ``Function::const_arg_iterator`` - Typedef for const_iterator.
2995   | ``arg_begin()``, ``arg_end()``, ``arg_size()``, ``arg_empty()``
2996
2997   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
2998   ``Function`` object's Argument_ list.
2999
3000 * ``Function::ArgumentListType &getArgumentList()``
3001
3002   Returns the list of Argument_.  This is necessary to use when you need to
3003   update the list or perform a complex action that doesn't have a forwarding
3004   method.
3005
3006 * ``BasicBlock &getEntryBlock()``
3007
3008   Returns the entry ``BasicBlock`` for the function.  Because the entry block
3009   for the function is always the first block, this returns the first block of
3010   the ``Function``.
3011
3012 * | ``Type *getReturnType()``
3013   | ``FunctionType *getFunctionType()``
3014
3015   This traverses the Type_ of the ``Function`` and returns the return type of
3016   the function, or the FunctionType_ of the actual function.
3017
3018 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
3019
3020   Return a pointer to the SymbolTable_ for this ``Function``.
3021
3022 .. _GlobalVariable:
3023
3024 The ``GlobalVariable`` class
3025 ----------------------------
3026
3027 ``#include "llvm/GlobalVariable.h"``
3028
3029 header source: `GlobalVariable.h
3030 <http://llvm.org/doxygen/GlobalVariable_8h-source.html>`_
3031
3032 doxygen info: `GlobalVariable Class
3033 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalVariable.html>`_
3034
3035 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
3036
3037 Global variables are represented with the (surprise surprise) ``GlobalVariable``
3038 class.  Like functions, ``GlobalVariable``\ s are also subclasses of
3039 GlobalValue_, and as such are always referenced by their address (global values
3040 must live in memory, so their "name" refers to their constant address).  See
3041 GlobalValue_ for more on this.  Global variables may have an initial value
3042 (which must be a Constant_), and if they have an initializer, they may be marked
3043 as "constant" themselves (indicating that their contents never change at
3044 runtime).
3045
3046 .. _m_GlobalVariable:
3047
3048 Important Public Members of the ``GlobalVariable`` class
3049 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3050
3051 * ``GlobalVariable(const Type *Ty, bool isConstant, LinkageTypes &Linkage,
3052   Constant *Initializer = 0, const std::string &Name = "", Module* Parent = 0)``
3053
3054   Create a new global variable of the specified type.  If ``isConstant`` is true
3055   then the global variable will be marked as unchanging for the program.  The
3056   Linkage parameter specifies the type of linkage (internal, external, weak,
3057   linkonce, appending) for the variable.  If the linkage is InternalLinkage,
3058   WeakAnyLinkage, WeakODRLinkage, LinkOnceAnyLinkage or LinkOnceODRLinkage, then
3059   the resultant global variable will have internal linkage.  AppendingLinkage
3060   concatenates together all instances (in different translation units) of the
3061   variable into a single variable but is only applicable to arrays.  See the
3062   `LLVM Language Reference <LangRef.html#modulestructure>`_ for further details
3063   on linkage types.  Optionally an initializer, a name, and the module to put
3064   the variable into may be specified for the global variable as well.
3065
3066 * ``bool isConstant() const``
3067
3068   Returns true if this is a global variable that is known not to be modified at
3069   runtime.
3070
3071 * ``bool hasInitializer()``
3072
3073   Returns true if this ``GlobalVariable`` has an intializer.
3074
3075 * ``Constant *getInitializer()``
3076
3077   Returns the initial value for a ``GlobalVariable``.  It is not legal to call
3078   this method if there is no initializer.
3079
3080 .. _BasicBlock:
3081
3082 The ``BasicBlock`` class
3083 ------------------------
3084
3085 ``#include "llvm/BasicBlock.h"``
3086
3087 header source: `BasicBlock.h
3088 <http://llvm.org/doxygen/BasicBlock_8h-source.html>`_
3089
3090 doxygen info: `BasicBlock Class
3091 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1BasicBlock.html>`_
3092
3093 Superclass: Value_
3094
3095 This class represents a single entry single exit section of the code, commonly
3096 known as a basic block by the compiler community.  The ``BasicBlock`` class
3097 maintains a list of Instruction_\ s, which form the body of the block.  Matching
3098 the language definition, the last element of this list of instructions is always
3099 a terminator instruction (a subclass of the TerminatorInst_ class).
3100
3101 In addition to tracking the list of instructions that make up the block, the
3102 ``BasicBlock`` class also keeps track of the :ref:`Function <c_Function>` that
3103 it is embedded into.
3104
3105 Note that ``BasicBlock``\ s themselves are Value_\ s, because they are
3106 referenced by instructions like branches and can go in the switch tables.
3107 ``BasicBlock``\ s have type ``label``.
3108
3109 .. _m_BasicBlock:
3110
3111 Important Public Members of the ``BasicBlock`` class
3112 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3113
3114 * ``BasicBlock(const std::string &Name = "", Function *Parent = 0)``
3115
3116   The ``BasicBlock`` constructor is used to create new basic blocks for
3117   insertion into a function.  The constructor optionally takes a name for the
3118   new block, and a :ref:`Function <c_Function>` to insert it into.  If the
3119   ``Parent`` parameter is specified, the new ``BasicBlock`` is automatically
3120   inserted at the end of the specified :ref:`Function <c_Function>`, if not
3121   specified, the BasicBlock must be manually inserted into the :ref:`Function
3122   <c_Function>`.
3123
3124 * | ``BasicBlock::iterator`` - Typedef for instruction list iterator
3125   | ``BasicBlock::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3126   | ``begin()``, ``end()``, ``front()``, ``back()``,
3127     ``size()``, ``empty()``
3128     STL-style functions for accessing the instruction list.
3129
3130   These methods and typedefs are forwarding functions that have the same
3131   semantics as the standard library methods of the same names.  These methods
3132   expose the underlying instruction list of a basic block in a way that is easy
3133   to manipulate.  To get the full complement of container operations (including
3134   operations to update the list), you must use the ``getInstList()`` method.
3135
3136 * ``BasicBlock::InstListType &getInstList()``
3137
3138   This method is used to get access to the underlying container that actually
3139   holds the Instructions.  This method must be used when there isn't a
3140   forwarding function in the ``BasicBlock`` class for the operation that you
3141   would like to perform.  Because there are no forwarding functions for
3142   "updating" operations, you need to use this if you want to update the contents
3143   of a ``BasicBlock``.
3144
3145 * ``Function *getParent()``
3146
3147   Returns a pointer to :ref:`Function <c_Function>` the block is embedded into,
3148   or a null pointer if it is homeless.
3149
3150 * ``TerminatorInst *getTerminator()``
3151
3152   Returns a pointer to the terminator instruction that appears at the end of the
3153   ``BasicBlock``.  If there is no terminator instruction, or if the last
3154   instruction in the block is not a terminator, then a null pointer is returned.
3155
3156 .. _Argument:
3157
3158 The ``Argument`` class
3159 ----------------------
3160
3161 This subclass of Value defines the interface for incoming formal arguments to a
3162 function.  A Function maintains a list of its formal arguments.  An argument has
3163 a pointer to the parent Function.
3164
3165