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