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