docs/SourceLevelDebugging.html

   1 <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN"
   2                       "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
   3 <html>
   4 <head>
   5   <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8">
   6   <title>Source Level Debugging with LLVM</title>
   7   <link rel="stylesheet" href="llvm.css" type="text/css">
   8 </head>
   9 <body>
  10
  11 <h1>Source Level Debugging with LLVM</h1>
  12
  13 <table class="layout" style="width:100%">
  14   <tr class="layout">
  15     <td class="left">
  16 <ul>
  17   <li><a href="#introduction">Introduction</a>
  18   <ol>
  19     <li><a href="#phil">Philosophy behind LLVM debugging information</a></li>
  20     <li><a href="#consumers">Debug information consumers</a></li>
  21     <li><a href="#debugopt">Debugging optimized code</a></li>
  22   </ol></li>
  23   <li><a href="#format">Debugging information format</a>
  24   <ol>
  25     <li><a href="#debug_info_descriptors">Debug information descriptors</a>
  26     <ul>
  27       <li><a href="#format_compile_units">Compile unit descriptors</a></li>
  28       <li><a href="#format_files">File descriptors</a></li>
  29       <li><a href="#format_global_variables">Global variable descriptors</a></li>
  30       <li><a href="#format_subprograms">Subprogram descriptors</a></li>
  31       <li><a href="#format_blocks">Block descriptors</a></li>
  32       <li><a href="#format_basic_type">Basic type descriptors</a></li>
  33       <li><a href="#format_derived_type">Derived type descriptors</a></li>
  34       <li><a href="#format_composite_type">Composite type descriptors</a></li>
  35       <li><a href="#format_subrange">Subrange descriptors</a></li>
  36       <li><a href="#format_enumeration">Enumerator descriptors</a></li>
  37       <li><a href="#format_variables">Local variables</a></li>
  38     </ul></li>
  39     <li><a href="#format_common_intrinsics">Debugger intrinsic functions</a>
  40       <ul>
  41       <li><a href="#format_common_declare">llvm.dbg.declare</a></li>
  42       <li><a href="#format_common_value">llvm.dbg.value</a></li>
  43     </ul></li>
  44   </ol></li>
  45   <li><a href="#format_common_lifetime">Object lifetimes and scoping</a></li>
  46   <li><a href="#ccxx_frontend">C/C++ front-end specific debug information</a>
  47   <ol>
  48     <li><a href="#ccxx_compile_units">C/C++ source file information</a></li>
  49     <li><a href="#ccxx_global_variable">C/C++ global variable information</a></li>
  50     <li><a href="#ccxx_subprogram">C/C++ function information</a></li>
  51     <li><a href="#ccxx_basic_types">C/C++ basic types</a></li>
  52     <li><a href="#ccxx_derived_types">C/C++ derived types</a></li>
  53     <li><a href="#ccxx_composite_types">C/C++ struct/union types</a></li>
  54     <li><a href="#ccxx_enumeration_types">C/C++ enumeration types</a></li>
  55   </ol></li>
  56   <li><a href="#llvmdwarfextension">LLVM Dwarf Extensions</a>
  57     <ol>
  58       <li><a href="#objcproperty">Debugging Information Extension
  59           for Objective C Properties</a>
  60         <ul>
  61           <li><a href="#objcpropertyintroduction">Introduction</a></li>
  62           <li><a href="#objcpropertyproposal">Proposal</a></li>
  63           <li><a href="#objcpropertynewattributes">New DWARF Attributes</a></li>
  64           <li><a href="#objcpropertynewconstants">New DWARF Constants</a></li>
  65         </ul>
  66       </li>
  67       <li><a href="#acceltable">Name Accelerator Tables</a>
  68         <ul>
  69           <li><a href="#acceltableintroduction">Introduction</a></li>
  70           <li><a href="#acceltablehashes">Hash Tables</a></li>
  71           <li><a href="#acceltabledetails">Details</a></li>
  72           <li><a href="#acceltablecontents">Contents</a></li>
  73           <li><a href="#acceltableextensions">Language Extensions and File Format Changes</a></li>
  74         </ul>
  75       </li>
  76     </ol>
  77   </li>
  78 </ul>
  79 </td>
  80 <td class="right">
  81 <img src="img/venusflytrap.jpg" alt="A leafy and green bug eater" width="247"
  82 height="369">
  83 </td>
  84 </tr></table>
  85
  86 <div class="doc_author">
  87   <p>Written by <a href="mailto:sabre@nondot.org">Chris Lattner</a>
  88             and <a href="mailto:jlaskey@mac.com">Jim Laskey</a></p>
  89 </div>
  90
  91
  92 <!-- *********************************************************************** -->
  93 <h2><a name="introduction">Introduction</a></h2>
  94 <!-- *********************************************************************** -->
  95
  96 <div>
  97
  98 <p>This document is the central repository for all information pertaining to
  99    debug information in LLVM.  It describes the <a href="#format">actual format
 100    that the LLVM debug information</a> takes, which is useful for those
 101    interested in creating front-ends or dealing directly with the information.
 102    Further, this document provides specific examples of what debug information
 103    for C/C++ looks like.</p>
 104
 105 <!-- ======================================================================= -->
 106 <h3>
 107   <a name="phil">Philosophy behind LLVM debugging information</a>
 108 </h3>
 109
 110 <div>
 111
 112 <p>The idea of the LLVM debugging information is to capture how the important
 113    pieces of the source-language's Abstract Syntax Tree map onto LLVM code.
 114    Several design aspects have shaped the solution that appears here.  The
 115    important ones are:</p>
 116
 117 <ul>
 118   <li>Debugging information should have very little impact on the rest of the
 119       compiler.  No transformations, analyses, or code generators should need to
 120       be modified because of debugging information.</li>
 121
 122   <li>LLVM optimizations should interact in <a href="#debugopt">well-defined and
 123       easily described ways</a> with the debugging information.</li>
 124
 125   <li>Because LLVM is designed to support arbitrary programming languages,
 126       LLVM-to-LLVM tools should not need to know anything about the semantics of
 127       the source-level-language.</li>
 128
 129   <li>Source-level languages are often <b>widely</b> different from one another.
 130       LLVM should not put any restrictions of the flavor of the source-language,
 131       and the debugging information should work with any language.</li>
 132
 133   <li>With code generator support, it should be possible to use an LLVM compiler
 134       to compile a program to native machine code and standard debugging
 135       formats.  This allows compatibility with traditional machine-code level
 136       debuggers, like GDB or DBX.</li>
 137 </ul>
 138
 139 <p>The approach used by the LLVM implementation is to use a small set
 140    of <a href="#format_common_intrinsics">intrinsic functions</a> to define a
 141    mapping between LLVM program objects and the source-level objects.  The
 142    description of the source-level program is maintained in LLVM metadata
 143    in an <a href="#ccxx_frontend">implementation-defined format</a>
 144    (the C/C++ front-end currently uses working draft 7 of
 145    the <a href="http://www.eagercon.com/dwarf/dwarf3std.htm">DWARF 3
 146    standard</a>).</p>
 147
 148 <p>When a program is being debugged, a debugger interacts with the user and
 149    turns the stored debug information into source-language specific information.
 150    As such, a debugger must be aware of the source-language, and is thus tied to
 151    a specific language or family of languages.</p>
 152
 153 </div>
 154
 155 <!-- ======================================================================= -->
 156 <h3>
 157   <a name="consumers">Debug information consumers</a>
 158 </h3>
 159
 160 <div>
 161
 162 <p>The role of debug information is to provide meta information normally
 163    stripped away during the compilation process.  This meta information provides
 164    an LLVM user a relationship between generated code and the original program
 165    source code.</p>
 166
 167 <p>Currently, debug information is consumed by DwarfDebug to produce dwarf
 168    information used by the gdb debugger.  Other targets could use the same
 169    information to produce stabs or other debug forms.</p>
 170
 171 <p>It would also be reasonable to use debug information to feed profiling tools
 172    for analysis of generated code, or, tools for reconstructing the original
 173    source from generated code.</p>
 174
 175 <p>TODO - expound a bit more.</p>
 176
 177 </div>
 178
 179 <!-- ======================================================================= -->
 180 <h3>
 181   <a name="debugopt">Debugging optimized code</a>
 182 </h3>
 183
 184 <div>
 185
 186 <p>An extremely high priority of LLVM debugging information is to make it
 187    interact well with optimizations and analysis.  In particular, the LLVM debug
 188    information provides the following guarantees:</p>
 189
 190 <ul>
 191   <li>LLVM debug information <b>always provides information to accurately read
 192       the source-level state of the program</b>, regardless of which LLVM
 193       optimizations have been run, and without any modification to the
 194       optimizations themselves.  However, some optimizations may impact the
 195       ability to modify the current state of the program with a debugger, such
 196       as setting program variables, or calling functions that have been
 197       deleted.</li>
 198
 199   <li>As desired, LLVM optimizations can be upgraded to be aware of the LLVM
 200       debugging information, allowing them to update the debugging information
 201       as they perform aggressive optimizations.  This means that, with effort,
 202       the LLVM optimizers could optimize debug code just as well as non-debug
 203       code.</li>
 204
 205   <li>LLVM debug information does not prevent optimizations from
 206       happening (for example inlining, basic block reordering/merging/cleanup,
 207       tail duplication, etc).</li>
 208
 209   <li>LLVM debug information is automatically optimized along with the rest of
 210       the program, using existing facilities.  For example, duplicate
 211       information is automatically merged by the linker, and unused information
 212       is automatically removed.</li>
 213 </ul>
 214
 215 <p>Basically, the debug information allows you to compile a program with
 216    "<tt>-O0 -g</tt>" and get full debug information, allowing you to arbitrarily
 217    modify the program as it executes from a debugger.  Compiling a program with
 218    "<tt>-O3 -g</tt>" gives you full debug information that is always available
 219    and accurate for reading (e.g., you get accurate stack traces despite tail
 220    call elimination and inlining), but you might lose the ability to modify the
 221    program and call functions where were optimized out of the program, or
 222    inlined away completely.</p>
 223
 224 <p><a href="TestingGuide.html#quicktestsuite">LLVM test suite</a> provides a
 225    framework to test optimizer's handling of debugging information. It can be
 226    run like this:</p>
 227
 228 <div class="doc_code">
 229 <pre>
 230 % cd llvm/projects/test-suite/MultiSource/Benchmarks  # or some other level
 231 % make TEST=dbgopt
 232 </pre>
 233 </div>
 234
 235 <p>This will test impact of debugging information on optimization passes. If
 236    debugging information influences optimization passes then it will be reported
 237    as a failure. See <a href="TestingGuide.html">TestingGuide</a> for more
 238    information on LLVM test infrastructure and how to run various tests.</p>
 239
 240 </div>
 241
 242 </div>
 243
 244 <!-- *********************************************************************** -->
 245 <h2>
 246   <a name="format">Debugging information format</a>
 247 </h2>
 248 <!-- *********************************************************************** -->
 249
 250 <div>
 251
 252 <p>LLVM debugging information has been carefully designed to make it possible
 253    for the optimizer to optimize the program and debugging information without
 254    necessarily having to know anything about debugging information.  In
 255    particular, the use of metadata avoids duplicated debugging information from
 256    the beginning, and the global dead code elimination pass automatically
 257    deletes debugging information for a function if it decides to delete the
 258    function. </p>
 259
 260 <p>To do this, most of the debugging information (descriptors for types,
 261    variables, functions, source files, etc) is inserted by the language
 262    front-end in the form of LLVM metadata. </p>
 263
 264 <p>Debug information is designed to be agnostic about the target debugger and
 265    debugging information representation (e.g. DWARF/Stabs/etc).  It uses a
 266    generic pass to decode the information that represents variables, types,
 267    functions, namespaces, etc: this allows for arbitrary source-language
 268    semantics and type-systems to be used, as long as there is a module
 269    written for the target debugger to interpret the information. </p>
 270
 271 <p>To provide basic functionality, the LLVM debugger does have to make some
 272    assumptions about the source-level language being debugged, though it keeps
 273    these to a minimum.  The only common features that the LLVM debugger assumes
 274    exist are <a href="#format_files">source files</a>,
 275    and <a href="#format_global_variables">program objects</a>.  These abstract
 276    objects are used by a debugger to form stack traces, show information about
 277    local variables, etc.</p>
 278
 279 <p>This section of the documentation first describes the representation aspects
 280    common to any source-language.  The <a href="#ccxx_frontend">next section</a>
 281    describes the data layout conventions used by the C and C++ front-ends.</p>
 282
 283 <!-- ======================================================================= -->
 284 <h3>
 285   <a name="debug_info_descriptors">Debug information descriptors</a>
 286 </h3>
 287
 288 <div>
 289
 290 <p>In consideration of the complexity and volume of debug information, LLVM
 291    provides a specification for well formed debug descriptors. </p>
 292
 293 <p>Consumers of LLVM debug information expect the descriptors for program
 294    objects to start in a canonical format, but the descriptors can include
 295    additional information appended at the end that is source-language
 296    specific. All LLVM debugging information is versioned, allowing backwards
 297    compatibility in the case that the core structures need to change in some
 298    way.  Also, all debugging information objects start with a tag to indicate
 299    what type of object it is.  The source-language is allowed to define its own
 300    objects, by using unreserved tag numbers.  We recommend using with tags in
 301    the range 0x1000 through 0x2000 (there is a defined enum DW_TAG_user_base =
 302    0x1000.)</p>
 303
 304 <p>The fields of debug descriptors used internally by LLVM
 305    are restricted to only the simple data types <tt>i32</tt>, <tt>i1</tt>,
 306    <tt>float</tt>, <tt>double</tt>, <tt>mdstring</tt> and <tt>mdnode</tt>. </p>
 307
 308 <div class="doc_code">
 309 <pre>
 310 !1 = metadata !{
 311   i32,   ;; A tag
 312   ...
 313 }
 314 </pre>
 315 </div>
 316
 317 <p><a name="LLVMDebugVersion">The first field of a descriptor is always an
 318    <tt>i32</tt> containing a tag value identifying the content of the
 319    descriptor.  The remaining fields are specific to the descriptor.  The values
 320    of tags are loosely bound to the tag values of DWARF information entries.
 321    However, that does not restrict the use of the information supplied to DWARF
 322    targets.  To facilitate versioning of debug information, the tag is augmented
 323    with the current debug version (LLVMDebugVersion = 8 &lt;&lt; 16 or
 324    0x80000 or 524288.)</a></p>
 325
 326 <p>The details of the various descriptors follow.</p>
 327
 328 <!-- ======================================================================= -->
 329 <h4>
 330   <a name="format_compile_units">Compile unit descriptors</a>
 331 </h4>
 332
 333 <div>
 334
 335 <div class="doc_code">
 336 <pre>
 337 !0 = metadata !{
 338   i32,       ;; Tag = 17 + <a href="#LLVMDebugVersion">LLVMDebugVersion</a>
 339              ;; (DW_TAG_compile_unit)
 340   i32,       ;; Unused field.
 341   i32,       ;; DWARF language identifier (ex. DW_LANG_C89)
 342   metadata,  ;; Source file name
 343   metadata,  ;; Source file directory (includes trailing slash)
 344   metadata   ;; Producer (ex. "4.0.1 LLVM (LLVM research group)")
 345   i1,        ;; True if this is a main compile unit.
 346   i1,        ;; True if this is optimized.
 347   metadata,  ;; Flags
 348   i32        ;; Runtime version
 349   metadata   ;; List of enums types
 350   metadata   ;; List of retained types
 351   metadata   ;; List of subprograms
 352   metadata   ;; List of global variables
 353 }
 354 </pre>
 355 </div>
 356
 357 <p>These descriptors contain a source language ID for the file (we use the DWARF
 358    3.0 ID numbers, such as <tt>DW_LANG_C89</tt>, <tt>DW_LANG_C_plus_plus</tt>,
 359    <tt>DW_LANG_Cobol74</tt>, etc), three strings describing the filename,
 360    working directory of the compiler, and an identifier string for the compiler
 361    that produced it.</p>
 362
 363 <p>Compile unit descriptors provide the root context for objects declared in a
 364    specific compilation unit. File descriptors are defined using this context.
 365    These descriptors are collected by a named metadata
 366    <tt>!llvm.dbg.cu</tt>. Compile unit descriptor keeps track of subprograms,
 367    global variables and type information.
 368
 369 </div>
 370
 371 <!-- ======================================================================= -->
 372 <h4>
 373   <a name="format_files">File descriptors</a>
 374 </h4>
 375
 376 <div>
 377
 378 <div class="doc_code">
 379 <pre>
 380 !0 = metadata !{
 381   i32,       ;; Tag = 41 + <a href="#LLVMDebugVersion">LLVMDebugVersion</a>
 382              ;; (DW_TAG_file_type)
 383   metadata,  ;; Source file name
 384   metadata,  ;; Source file directory (includes trailing slash)
 385   metadata   ;; Unused
 386 }
 387 </pre>
 388 </div>
 389
 390 <p>These descriptors contain information for a file. Global variables and top
 391    level functions would be defined using this context.k File descriptors also
 392    provide context for source line correspondence. </p>
 393
 394 <p>Each input file is encoded as a separate file descriptor in LLVM debugging
 395    information output. </p>
 396
 397 </div>
 398
 399 <!-- ======================================================================= -->
 400 <h4>
 401   <a name="format_global_variables">Global variable descriptors</a>
 402 </h4>
 403
 404 <div>
 405
 406 <div class="doc_code">
 407 <pre>
 408 !1 = metadata !{
 409   i32,      ;; Tag = 52 + <a href="#LLVMDebugVersion">LLVMDebugVersion</a>
 410             ;; (DW_TAG_variable)
 411   i32,      ;; Unused field.
 412   metadata, ;; Reference to context descriptor
 413   metadata, ;; Name
 414   metadata, ;; Display name (fully qualified C++ name)
 415   metadata, ;; MIPS linkage name (for C++)
 416   metadata, ;; Reference to file where defined
 417   i32,      ;; Line number where defined
 418   metadata, ;; Reference to type descriptor
 419   i1,       ;; True if the global is local to compile unit (static)
 420   i1,       ;; True if the global is defined in the compile unit (not extern)
 421   {}*       ;; Reference to the global variable
 422 }
 423 </pre>
 424 </div>
 425
 426 <p>These descriptors provide debug information about globals variables.  The
 427 provide details such as name, type and where the variable is defined. All
 428 global variables are collected inside the named metadata
 429 <tt>!llvm.dbg.cu</tt>.</p>
 430
 431 </div>
 432
 433 <!-- ======================================================================= -->
 434 <h4>
 435   <a name="format_subprograms">Subprogram descriptors</a>
 436 </h4>
 437
 438 <div>
 439
 440 <div class="doc_code">
 441 <pre>
 442 !2 = metadata !{
 443   i32,      ;; Tag = 46 + <a href="#LLVMDebugVersion">LLVMDebugVersion</a>
 444             ;; (DW_TAG_subprogram)
 445   i32,      ;; Unused field.
 446   metadata, ;; Reference to context descriptor
 447   metadata, ;; Name
 448   metadata, ;; Display name (fully qualified C++ name)
 449   metadata, ;; MIPS linkage name (for C++)
 450   metadata, ;; Reference to file where defined
 451   i32,      ;; Line number where defined
 452   metadata, ;; Reference to type descriptor
 453   i1,       ;; True if the global is local to compile unit (static)
 454   i1,       ;; True if the global is defined in the compile unit (not extern)
 455   i32,      ;; Line number where the scope of the subprogram begins
 456   i32,      ;; Virtuality, e.g. dwarf::DW_VIRTUALITY__virtual
 457   i32,      ;; Index into a virtual function
 458   metadata, ;; indicates which base type contains the vtable pointer for the
 459             ;; derived class
 460   i32,      ;; Flags - Artifical, Private, Protected, Explicit, Prototyped.
 461   i1,       ;; isOptimized
 462   Function *,;; Pointer to LLVM function
 463   metadata, ;; Lists function template parameters
 464   metadata  ;; Function declaration descriptor
 465   metadata  ;; List of function variables
 466 }
 467 </pre>
 468 </div>
 469
 470 <p>These descriptors provide debug information about functions, methods and
 471    subprograms.  They provide details such as name, return types and the source
 472    location where the subprogram is defined.
 473 </p>
 474
 475 </div>
 476
 477 <!-- ======================================================================= -->
 478 <h4>
 479   <a name="format_blocks">Block descriptors</a>
 480 </h4>
 481
 482 <div>
 483
 484 <div class="doc_code">
 485 <pre>
 486 !3 = metadata !{
 487   i32,     ;; Tag = 11 + <a href="#LLVMDebugVersion">LLVMDebugVersion</a> (DW_TAG_lexical_block)
 488   metadata,;; Reference to context descriptor
 489   i32,     ;; Line number
 490   i32,     ;; Column number
 491   metadata,;; Reference to source file
 492   i32      ;; Unique ID to identify blocks from a template function
 493 }
 494 </pre>
 495 </div>
 496
 497 <p>This descriptor provides debug information about nested blocks within a
 498    subprogram. The line number and column numbers are used to dinstinguish
 499    two lexical blocks at same depth. </p>
 500
 501 <div class="doc_code">
 502 <pre>
 503 !3 = metadata !{
 504   i32,     ;; Tag = 11 + <a href="#LLVMDebugVersion">LLVMDebugVersion</a> (DW_TAG_lexical_block)
 505   metadata ;; Reference to the scope we're annotating with a file change
 506   metadata,;; Reference to the file the scope is enclosed in.
 507 }
 508 </pre>
 509 </div>
 510
 511 <p>This descriptor provides a wrapper around a lexical scope to handle file
 512    changes in the middle of a lexical block.</p>
 513
 514 </div>
 515
 516 <!-- ======================================================================= -->
 517 <h4>
 518   <a name="format_basic_type">Basic type descriptors</a>
 519 </h4>
 520
 521 <div>
 522
 523 <div class="doc_code">
 524 <pre>
 525 !4 = metadata !{
 526   i32,      ;; Tag = 36 + <a href="#LLVMDebugVersion">LLVMDebugVersion</a>
 527             ;; (DW_TAG_base_type)
 528   metadata, ;; Reference to context
 529   metadata, ;; Name (may be "" for anonymous types)
 530   metadata, ;; Reference to file where defined (may be NULL)
 531   i32,      ;; Line number where defined (may be 0)
 532   i64,      ;; Size in bits
 533   i64,      ;; Alignment in bits
 534   i64,      ;; Offset in bits
 535   i32,      ;; Flags
 536   i32       ;; DWARF type encoding
 537 }
 538 </pre>
 539 </div>
 540
 541 <p>These descriptors define primitive types used in the code. Example int, bool
 542    and float.  The context provides the scope of the type, which is usually the
 543    top level.  Since basic types are not usually user defined the context
 544    and line number can be left as NULL and 0.  The size, alignment and offset
 545    are expressed in bits and can be 64 bit values.  The alignment is used to
 546    round the offset when embedded in a
 547    <a href="#format_composite_type">composite type</a> (example to keep float
 548    doubles on 64 bit boundaries.) The offset is the bit offset if embedded in
 549    a <a href="#format_composite_type">composite type</a>.</p>
 550
 551 <p>The type encoding provides the details of the type.  The values are typically
 552    one of the following:</p>
 553
 554 <div class="doc_code">
 555 <pre>
 556 DW_ATE_address       = 1
 557 DW_ATE_boolean       = 2
 558 DW_ATE_float         = 4
 559 DW_ATE_signed        = 5
 560 DW_ATE_signed_char   = 6
 561 DW_ATE_unsigned      = 7
 562 DW_ATE_unsigned_char = 8
 563 </pre>
 564 </div>
 565
 566 </div>
 567
 568 <!-- ======================================================================= -->
 569 <h4>
 570   <a name="format_derived_type">Derived type descriptors</a>
 571 </h4>
 572
 573 <div>
 574
 575 <div class="doc_code">
 576 <pre>
 577 !5 = metadata !{
 578   i32,      ;; Tag (see below)
 579   metadata, ;; Reference to context
 580   metadata, ;; Name (may be "" for anonymous types)
 581   metadata, ;; Reference to file where defined (may be NULL)
 582   i32,      ;; Line number where defined (may be 0)
 583   i64,      ;; Size in bits
 584   i64,      ;; Alignment in bits
 585   i64,      ;; Offset in bits
 586   i32,      ;; Flags to encode attributes, e.g. private
 587   metadata, ;; Reference to type derived from
 588   metadata, ;; (optional) Name of the Objective C property associated with
 589             ;; Objective-C an ivar
 590   metadata, ;; (optional) Name of the Objective C property getter selector.
 591   metadata, ;; (optional) Name of the Objective C property setter selector.
 592   i32       ;; (optional) Objective C property attributes.
 593 }
 594 </pre>
 595 </div>
 596
 597 <p>These descriptors are used to define types derived from other types.  The
 598 value of the tag varies depending on the meaning.  The following are possible
 599 tag values:</p>
 600
 601 <div class="doc_code">
 602 <pre>
 603 DW_TAG_formal_parameter = 5
 604 DW_TAG_member           = 13
 605 DW_TAG_pointer_type     = 15
 606 DW_TAG_reference_type   = 16
 607 DW_TAG_typedef          = 22
 608 DW_TAG_const_type       = 38
 609 DW_TAG_volatile_type    = 53
 610 DW_TAG_restrict_type    = 55
 611 </pre>
 612 </div>
 613
 614 <p><tt>DW_TAG_member</tt> is used to define a member of
 615    a <a href="#format_composite_type">composite type</a>
 616    or <a href="#format_subprograms">subprogram</a>.  The type of the member is
 617    the <a href="#format_derived_type">derived
 618    type</a>. <tt>DW_TAG_formal_parameter</tt> is used to define a member which
 619    is a formal argument of a subprogram.</p>
 620
 621 <p><tt>DW_TAG_typedef</tt> is used to provide a name for the derived type.</p>
 622
 623 <p><tt>DW_TAG_pointer_type</tt>, <tt>DW_TAG_reference_type</tt>,
 624    <tt>DW_TAG_const_type</tt>, <tt>DW_TAG_volatile_type</tt> and
 625    <tt>DW_TAG_restrict_type</tt> are used to qualify
 626    the <a href="#format_derived_type">derived type</a>. </p>
 627
 628 <p><a href="#format_derived_type">Derived type</a> location can be determined
 629    from the context and line number.  The size, alignment and offset are
 630    expressed in bits and can be 64 bit values.  The alignment is used to round
 631    the offset when embedded in a <a href="#format_composite_type">composite
 632    type</a> (example to keep float doubles on 64 bit boundaries.) The offset is
 633    the bit offset if embedded in a <a href="#format_composite_type">composite
 634    type</a>.</p>
 635
 636 <p>Note that the <tt>void *</tt> type is expressed as a type derived from NULL.
 637 </p>
 638
 639 </div>
 640
 641 <!-- ======================================================================= -->
 642 <h4>
 643   <a name="format_composite_type">Composite type descriptors</a>
 644 </h4>
 645
 646 <div>
 647
 648 <div class="doc_code">
 649 <pre>
 650 !6 = metadata !{
 651   i32,      ;; Tag (see below)
 652   metadata, ;; Reference to context
 653   metadata, ;; Name (may be "" for anonymous types)
 654   metadata, ;; Reference to file where defined (may be NULL)
 655   i32,      ;; Line number where defined (may be 0)
 656   i64,      ;; Size in bits
 657   i64,      ;; Alignment in bits
 658   i64,      ;; Offset in bits
 659   i32,      ;; Flags
 660   metadata, ;; Reference to type derived from
 661   metadata, ;; Reference to array of member descriptors
 662   i32       ;; Runtime languages
 663 }
 664 </pre>
 665 </div>
 666
 667 <p>These descriptors are used to define types that are composed of 0 or more
 668 elements.  The value of the tag varies depending on the meaning.  The following
 669 are possible tag values:</p>
 670
 671 <div class="doc_code">
 672 <pre>
 673 DW_TAG_array_type       = 1
 674 DW_TAG_enumeration_type = 4
 675 DW_TAG_structure_type   = 19
 676 DW_TAG_union_type       = 23
 677 DW_TAG_vector_type      = 259
 678 DW_TAG_subroutine_type  = 21
 679 DW_TAG_inheritance      = 28
 680 </pre>
 681 </div>
 682
 683 <p>The vector flag indicates that an array type is a native packed vector.</p>
 684
 685 <p>The members of array types (tag = <tt>DW_TAG_array_type</tt>) or vector types
 686    (tag = <tt>DW_TAG_vector_type</tt>) are <a href="#format_subrange">subrange
 687    descriptors</a>, each representing the range of subscripts at that level of
 688    indexing.</p>
 689
 690 <p>The members of enumeration types (tag = <tt>DW_TAG_enumeration_type</tt>) are
 691    <a href="#format_enumeration">enumerator descriptors</a>, each representing
 692    the definition of enumeration value for the set. All enumeration type
 693    descriptors are collected inside the named metadata
 694    <tt>!llvm.dbg.cu</tt>.</p>
 695
 696 <p>The members of structure (tag = <tt>DW_TAG_structure_type</tt>) or union (tag
 697    = <tt>DW_TAG_union_type</tt>) types are any one of
 698    the <a href="#format_basic_type">basic</a>,
 699    <a href="#format_derived_type">derived</a>
 700    or <a href="#format_composite_type">composite</a> type descriptors, each
 701    representing a field member of the structure or union.</p>
 702
 703 <p>For C++ classes (tag = <tt>DW_TAG_structure_type</tt>), member descriptors
 704    provide information about base classes, static members and member
 705    functions. If a member is a <a href="#format_derived_type">derived type
 706    descriptor</a> and has a tag of <tt>DW_TAG_inheritance</tt>, then the type
 707    represents a base class. If the member of is
 708    a <a href="#format_global_variables">global variable descriptor</a> then it
 709    represents a static member.  And, if the member is
 710    a <a href="#format_subprograms">subprogram descriptor</a> then it represents
 711    a member function.  For static members and member
 712    functions, <tt>getName()</tt> returns the members link or the C++ mangled
 713    name.  <tt>getDisplayName()</tt> the simplied version of the name.</p>
 714
 715 <p>The first member of subroutine (tag = <tt>DW_TAG_subroutine_type</tt>) type
 716    elements is the return type for the subroutine.  The remaining elements are
 717    the formal arguments to the subroutine.</p>
 718
 719 <p><a href="#format_composite_type">Composite type</a> location can be
 720    determined from the context and line number.  The size, alignment and
 721    offset are expressed in bits and can be 64 bit values.  The alignment is used
 722    to round the offset when embedded in
 723    a <a href="#format_composite_type">composite type</a> (as an example, to keep
 724    float doubles on 64 bit boundaries.) The offset is the bit offset if embedded
 725    in a <a href="#format_composite_type">composite type</a>.</p>
 726
 727 </div>
 728
 729 <!-- ======================================================================= -->
 730 <h4>
 731   <a name="format_subrange">Subrange descriptors</a>
 732 </h4>
 733
 734 <div>
 735
 736 <div class="doc_code">
 737 <pre>
 738 !42 = metadata !{
 739   i32,    ;; Tag = 33 + <a href="#LLVMDebugVersion">LLVMDebugVersion</a> (DW_TAG_subrange_type)
 740   i64,    ;; Low value
 741   i64     ;; High value
 742 }
 743 </pre>
 744 </div>
 745
 746 <p>These descriptors are used to define ranges of array subscripts for an array
 747    <a href="#format_composite_type">composite type</a>.  The low value defines
 748    the lower bounds typically zero for C/C++.  The high value is the upper
 749    bounds.  Values are 64 bit.  High - low + 1 is the size of the array.  If low
 750    > high the array bounds are not included in generated debugging information.
 751 </p>
 752
 753 </div>
 754
 755 <!-- ======================================================================= -->
 756 <h4>
 757   <a name="format_enumeration">Enumerator descriptors</a>
 758 </h4>
 759
 760 <div>
 761
 762 <div class="doc_code">
 763 <pre>
 764 !6 = metadata !{
 765   i32,      ;; Tag = 40 + <a href="#LLVMDebugVersion">LLVMDebugVersion</a>
 766             ;; (DW_TAG_enumerator)
 767   metadata, ;; Name
 768   i64       ;; Value
 769 }
 770 </pre>
 771 </div>
 772
 773 <p>These descriptors are used to define members of an
 774    enumeration <a href="#format_composite_type">composite type</a>, it
 775    associates the name to the value.</p>
 776
 777 </div>
 778
 779 <!-- ======================================================================= -->
 780 <h4>
 781   <a name="format_variables">Local variables</a>
 782 </h4>
 783
 784 <div>
 785
 786 <div class="doc_code">
 787 <pre>
 788 !7 = metadata !{
 789   i32,      ;; Tag (see below)
 790   metadata, ;; Context
 791   metadata, ;; Name
 792   metadata, ;; Reference to file where defined
 793   i32,      ;; 24 bit - Line number where defined
 794             ;; 8 bit - Argument number. 1 indicates 1st argument.
 795   metadata, ;; Type descriptor
 796   i32,      ;; flags
 797   metadata  ;; (optional) Reference to inline location
 798 }
 799 </pre>
 800 </div>
 801
 802 <p>These descriptors are used to define variables local to a sub program.  The
 803    value of the tag depends on the usage of the variable:</p>
 804
 805 <div class="doc_code">
 806 <pre>
 807 DW_TAG_auto_variable   = 256
 808 DW_TAG_arg_variable    = 257
 809 DW_TAG_return_variable = 258
 810 </pre>
 811 </div>
 812
 813 <p>An auto variable is any variable declared in the body of the function.  An
 814    argument variable is any variable that appears as a formal argument to the
 815    function.  A return variable is used to track the result of a function and
 816    has no source correspondent.</p>
 817
 818 <p>The context is either the subprogram or block where the variable is defined.
 819    Name the source variable name.  Context and line indicate where the
 820    variable was defined. Type descriptor defines the declared type of the
 821    variable.</p>
 822
 823 </div>
 824
 825 </div>
 826
 827 <!-- ======================================================================= -->
 828 <h3>
 829   <a name="format_common_intrinsics">Debugger intrinsic functions</a>
 830 </h3>
 831
 832 <div>
 833
 834 <p>LLVM uses several intrinsic functions (name prefixed with "llvm.dbg") to
 835    provide debug information at various points in generated code.</p>
 836
 837 <!-- ======================================================================= -->
 838 <h4>
 839   <a name="format_common_declare">llvm.dbg.declare</a>
 840 </h4>
 841
 842 <div>
 843 <pre>
 844   void %<a href="#format_common_declare">llvm.dbg.declare</a>(metadata, metadata)
 845 </pre>
 846
 847 <p>This intrinsic provides information about a local element (e.g., variable). The
 848    first argument is metadata holding the alloca for the variable. The
 849    second argument is metadata containing a description of the variable.</p>
 850 </div>
 851
 852 <!-- ======================================================================= -->
 853 <h4>
 854   <a name="format_common_value">llvm.dbg.value</a>
 855 </h4>
 856
 857 <div>
 858 <pre>
 859   void %<a href="#format_common_value">llvm.dbg.value</a>(metadata, i64, metadata)
 860 </pre>
 861
 862 <p>This intrinsic provides information when a user source variable is set to a
 863    new value.  The first argument is the new value (wrapped as metadata).  The
 864    second argument is the offset in the user source variable where the new value
 865    is written.  The third argument is metadata containing a description of the
 866    user source variable.</p>
 867 </div>
 868
 869 </div>
 870
 871 <!-- ======================================================================= -->
 872 <h3>
 873   <a name="format_common_lifetime">Object lifetimes and scoping</a>
 874 </h3>
 875
 876 <div>
 877 <p>In many languages, the local variables in functions can have their lifetimes
 878    or scopes limited to a subset of a function.  In the C family of languages,
 879    for example, variables are only live (readable and writable) within the
 880    source block that they are defined in.  In functional languages, values are
 881    only readable after they have been defined.  Though this is a very obvious
 882    concept, it is non-trivial to model in LLVM, because it has no notion of
 883    scoping in this sense, and does not want to be tied to a language's scoping
 884    rules.</p>
 885
 886 <p>In order to handle this, the LLVM debug format uses the metadata attached to
 887    llvm instructions to encode line number and scoping information. Consider
 888    the following C fragment, for example:</p>
 889
 890 <div class="doc_code">
 891 <pre>
 892 1.  void foo() {
 893 2.    int X = 21;
 894 3.    int Y = 22;
 895 4.    {
 896 5.      int Z = 23;
 897 6.      Z = X;
 898 7.    }
 899 8.    X = Y;
 900 9.  }
 901 </pre>
 902 </div>
 903
 904 <p>Compiled to LLVM, this function would be represented like this:</p>
 905
 906 <div class="doc_code">
 907 <pre>
 908 define void @foo() nounwind ssp {
 909 entry:
 910   %X = alloca i32, align 4                        ; &lt;i32*&gt; [#uses=4]
 911   %Y = alloca i32, align 4                        ; &lt;i32*&gt; [#uses=4]
 912   %Z = alloca i32, align 4                        ; &lt;i32*&gt; [#uses=3]
 913   %0 = bitcast i32* %X to {}*                     ; &lt;{}*&gt; [#uses=1]
 914   call void @llvm.dbg.declare(metadata !{i32 * %X}, metadata !0), !dbg !7
 915   store i32 21, i32* %X, !dbg !8
 916   %1 = bitcast i32* %Y to {}*                     ; &lt;{}*&gt; [#uses=1]
 917   call void @llvm.dbg.declare(metadata !{i32 * %Y}, metadata !9), !dbg !10
 918   store i32 22, i32* %Y, !dbg !11
 919   %2 = bitcast i32* %Z to {}*                     ; &lt;{}*&gt; [#uses=1]
 920   call void @llvm.dbg.declare(metadata !{i32 * %Z}, metadata !12), !dbg !14
 921   store i32 23, i32* %Z, !dbg !15
 922   %tmp = load i32* %X, !dbg !16                   ; &lt;i32&gt; [#uses=1]
 923   %tmp1 = load i32* %Y, !dbg !16                  ; &lt;i32&gt; [#uses=1]
 924   %add = add nsw i32 %tmp, %tmp1, !dbg !16        ; &lt;i32&gt; [#uses=1]
 925   store i32 %add, i32* %Z, !dbg !16
 926   %tmp2 = load i32* %Y, !dbg !17                  ; &lt;i32&gt; [#uses=1]
 927   store i32 %tmp2, i32* %X, !dbg !17
 928   ret void, !dbg !18
 929 }
 930
 931 declare void @llvm.dbg.declare(metadata, metadata) nounwind readnone
 932
 933 !0 = metadata !{i32 459008, metadata !1, metadata !"X",
 934                 metadata !3, i32 2, metadata !6}; [ DW_TAG_auto_variable ]
 935 !1 = metadata !{i32 458763, metadata !2}; [DW_TAG_lexical_block ]
 936 !2 = metadata !{i32 458798, i32 0, metadata !3, metadata !"foo", metadata !"foo",
 937                metadata !"foo", metadata !3, i32 1, metadata !4,
 938                i1 false, i1 true}; [DW_TAG_subprogram ]
 939 !3 = metadata !{i32 458769, i32 0, i32 12, metadata !"foo.c",
 940                 metadata !"/private/tmp", metadata !"clang 1.1", i1 true,
 941                 i1 false, metadata !"", i32 0}; [DW_TAG_compile_unit ]
 942 !4 = metadata !{i32 458773, metadata !3, metadata !"", null, i32 0, i64 0, i64 0,
 943                 i64 0, i32 0, null, metadata !5, i32 0}; [DW_TAG_subroutine_type ]
 944 !5 = metadata !{null}
 945 !6 = metadata !{i32 458788, metadata !3, metadata !"int", metadata !3, i32 0,
 946                 i64 32, i64 32, i64 0, i32 0, i32 5}; [DW_TAG_base_type ]
 947 !7 = metadata !{i32 2, i32 7, metadata !1, null}
 948 !8 = metadata !{i32 2, i32 3, metadata !1, null}
 949 !9 = metadata !{i32 459008, metadata !1, metadata !"Y", metadata !3, i32 3,
 950                 metadata !6}; [ DW_TAG_auto_variable ]
 951 !10 = metadata !{i32 3, i32 7, metadata !1, null}
 952 !11 = metadata !{i32 3, i32 3, metadata !1, null}
 953 !12 = metadata !{i32 459008, metadata !13, metadata !"Z", metadata !3, i32 5,
 954                  metadata !6}; [ DW_TAG_auto_variable ]
 955 !13 = metadata !{i32 458763, metadata !1}; [DW_TAG_lexical_block ]
 956 !14 = metadata !{i32 5, i32 9, metadata !13, null}
 957 !15 = metadata !{i32 5, i32 5, metadata !13, null}
 958 !16 = metadata !{i32 6, i32 5, metadata !13, null}
 959 !17 = metadata !{i32 8, i32 3, metadata !1, null}
 960 !18 = metadata !{i32 9, i32 1, metadata !2, null}
 961 </pre>
 962 </div>
 963
 964 <p>This example illustrates a few important details about LLVM debugging
 965    information. In particular, it shows how the <tt>llvm.dbg.declare</tt>
 966    intrinsic and location information, which are attached to an instruction,
 967    are applied together to allow a debugger to analyze the relationship between
 968    statements, variable definitions, and the code used to implement the
 969    function.</p>
 970
 971 <div class="doc_code">
 972 <pre>
 973 call void @llvm.dbg.declare(metadata, metadata !0), !dbg !7
 974 </pre>
 975 </div>
 976
 977 <p>The first intrinsic
 978    <tt>%<a href="#format_common_declare">llvm.dbg.declare</a></tt>
 979    encodes debugging information for the variable <tt>X</tt>. The metadata
 980    <tt>!dbg !7</tt> attached to the intrinsic provides scope information for the
 981    variable <tt>X</tt>.</p>
 982
 983 <div class="doc_code">
 984 <pre>
 985 !7 = metadata !{i32 2, i32 7, metadata !1, null}
 986 !1 = metadata !{i32 458763, metadata !2}; [DW_TAG_lexical_block ]
 987 !2 = metadata !{i32 458798, i32 0, metadata !3, metadata !"foo",
 988                 metadata !"foo", metadata !"foo", metadata !3, i32 1,
 989                 metadata !4, i1 false, i1 true}; [DW_TAG_subprogram ]
 990 </pre>
 991 </div>
 992
 993 <p>Here <tt>!7</tt> is metadata providing location information. It has four
 994    fields: line number, column number, scope, and original scope. The original
 995    scope represents inline location if this instruction is inlined inside a
 996    caller, and is null otherwise. In this example, scope is encoded by
 997    <tt>!1</tt>. <tt>!1</tt> represents a lexical block inside the scope
 998    <tt>!2</tt>, where <tt>!2</tt> is a
 999    <a href="#format_subprograms">subprogram descriptor</a>. This way the
1000    location information attached to the intrinsics indicates that the
1001    variable <tt>X</tt> is declared at line number 2 at a function level scope in
1002    function <tt>foo</tt>.</p>
1003
1004 <p>Now lets take another example.</p>
1005
1006 <div class="doc_code">
1007 <pre>
1008 call void @llvm.dbg.declare(metadata, metadata !12), !dbg !14
1009 </pre>
1010 </div>
1011
1012 <p>The second intrinsic
1013    <tt>%<a href="#format_common_declare">llvm.dbg.declare</a></tt>
1014    encodes debugging information for variable <tt>Z</tt>. The metadata
1015    <tt>!dbg !14</tt> attached to the intrinsic provides scope information for
1016    the variable <tt>Z</tt>.</p>
1017
1018 <div class="doc_code">
1019 <pre>
1020 !13 = metadata !{i32 458763, metadata !1}; [DW_TAG_lexical_block ]
1021 !14 = metadata !{i32 5, i32 9, metadata !13, null}
1022 </pre>
1023 </div>
1024
1025 <p>Here <tt>!14</tt> indicates that <tt>Z</tt> is declared at line number 5 and
1026    column number 9 inside of lexical scope <tt>!13</tt>. The lexical scope
1027    itself resides inside of lexical scope <tt>!1</tt> described above.</p>
1028
1029 <p>The scope information attached with each instruction provides a
1030    straightforward way to find instructions covered by a scope.</p>
1031
1032 </div>
1033
1034 </div>
1035
1036 <!-- *********************************************************************** -->
1037 <h2>
1038   <a name="ccxx_frontend">C/C++ front-end specific debug information</a>
1039 </h2>
1040 <!-- *********************************************************************** -->
1041
1042 <div>
1043
1044 <p>The C and C++ front-ends represent information about the program in a format
1045    that is effectively identical
1046    to <a href="http://www.eagercon.com/dwarf/dwarf3std.htm">DWARF 3.0</a> in
1047    terms of information content.  This allows code generators to trivially
1048    support native debuggers by generating standard dwarf information, and
1049    contains enough information for non-dwarf targets to translate it as
1050    needed.</p>
1051
1052 <p>This section describes the forms used to represent C and C++ programs. Other
1053    languages could pattern themselves after this (which itself is tuned to
1054    representing programs in the same way that DWARF 3 does), or they could
1055    choose to provide completely different forms if they don't fit into the DWARF
1056    model.  As support for debugging information gets added to the various LLVM
1057    source-language front-ends, the information used should be documented
1058    here.</p>
1059
1060 <p>The following sections provide examples of various C/C++ constructs and the
1061    debug information that would best describe those constructs.</p>
1062
1063 <!-- ======================================================================= -->
1064 <h3>
1065   <a name="ccxx_compile_units">C/C++ source file information</a>
1066 </h3>
1067
1068 <div>
1069
1070 <p>Given the source files <tt>MySource.cpp</tt> and <tt>MyHeader.h</tt> located
1071    in the directory <tt>/Users/mine/sources</tt>, the following code:</p>
1072
1073 <div class="doc_code">
1074 <pre>
1075 #include "MyHeader.h"
1076
1077 int main(int argc, char *argv[]) {
1078   return 0;
1079 }
1080 </pre>
1081 </div>
1082
1083 <p>a C/C++ front-end would generate the following descriptors:</p>
1084
1085 <div class="doc_code">
1086 <pre>
1087 ...
1088 ;;
1089 ;; Define the compile unit for the main source file "/Users/mine/sources/MySource.cpp".
1090 ;;
1091 !2 = metadata !{
1092   i32 524305,    ;; Tag
1093   i32 0,         ;; Unused
1094   i32 4,         ;; Language Id
1095   metadata !"MySource.cpp",
1096   metadata !"/Users/mine/sources",
1097   metadata !"4.2.1 (Based on Apple Inc. build 5649) (LLVM build 00)",
1098   i1 true,       ;; Main Compile Unit
1099   i1 false,      ;; Optimized compile unit
1100   metadata !"",  ;; Compiler flags
1101   i32 0}         ;; Runtime version
1102
1103 ;;
1104 ;; Define the file for the file "/Users/mine/sources/MySource.cpp".
1105 ;;
1106 !1 = metadata !{
1107   i32 524329,    ;; Tag
1108   metadata !"MySource.cpp",
1109   metadata !"/Users/mine/sources",
1110   metadata !2    ;; Compile unit
1111 }
1112
1113 ;;
1114 ;; Define the file for the file "/Users/mine/sources/Myheader.h"
1115 ;;
1116 !3 = metadata !{
1117   i32 524329,    ;; Tag
1118   metadata !"Myheader.h"
1119   metadata !"/Users/mine/sources",
1120   metadata !2    ;; Compile unit
1121 }
1122
1123 ...
1124 </pre>
1125 </div>
1126
1127 <p>llvm::Instruction provides easy access to metadata attached with an
1128 instruction. One can extract line number information encoded in LLVM IR
1129 using <tt>Instruction::getMetadata()</tt> and
1130 <tt>DILocation::getLineNumber()</tt>.
1131 <pre>
1132  if (MDNode *N = I->getMetadata("dbg")) {  // Here I is an LLVM instruction
1133    DILocation Loc(N);                      // DILocation is in DebugInfo.h
1134    unsigned Line = Loc.getLineNumber();
1135    StringRef File = Loc.getFilename();
1136    StringRef Dir = Loc.getDirectory();
1137  }
1138 </pre>
1139 </div>
1140
1141 <!-- ======================================================================= -->
1142 <h3>
1143   <a name="ccxx_global_variable">C/C++ global variable information</a>
1144 </h3>
1145
1146 <div>
1147
1148 <p>Given an integer global variable declared as follows:</p>
1149
1150 <div class="doc_code">
1151 <pre>
1152 int MyGlobal = 100;
1153 </pre>
1154 </div>
1155
1156 <p>a C/C++ front-end would generate the following descriptors:</p>
1157
1158 <div class="doc_code">
1159 <pre>
1160 ;;
1161 ;; Define the global itself.
1162 ;;
1163 %MyGlobal = global int 100
1164 ...
1165 ;;
1166 ;; List of debug info of globals
1167 ;;
1168 !llvm.dbg.cu = !{!0}
1169
1170 ;; Define the compile unit.
1171 !0 = metadata !{
1172   i32 786449,                       ;; Tag
1173   i32 0,                            ;; Context
1174   i32 4,                            ;; Language
1175   metadata !"foo.cpp",              ;; File
1176   metadata !"/Volumes/Data/tmp",    ;; Directory
1177   metadata !"clang version 3.1 ",   ;; Producer
1178   i1 true,                          ;; Deprecated field
1179   i1 false,                         ;; "isOptimized"?
1180   metadata !"",                     ;; Flags
1181   i32 0,                            ;; Runtime Version
1182   metadata !1,                      ;; Enum Types
1183   metadata !1,                      ;; Retained Types
1184   metadata !1,                      ;; Subprograms
1185   metadata !3                       ;; Global Variables
1186 } ; [ DW_TAG_compile_unit ]
1187
1188 ;; The Array of Global Variables
1189 !3 = metadata !{
1190   metadata !4
1191 }
1192
1193 !4 = metadata !{
1194   metadata !5
1195 }
1196
1197 ;;
1198 ;; Define the global variable itself.
1199 ;;
1200 !5 = metadata !{
1201   i32 786484,                        ;; Tag
1202   i32 0,                             ;; Unused
1203   null,                              ;; Unused
1204   metadata !"MyGlobal",              ;; Name
1205   metadata !"MyGlobal",              ;; Display Name
1206   metadata !"",                      ;; Linkage Name
1207   metadata !6,                       ;; File
1208   i32 1,                             ;; Line
1209   metadata !7,                       ;; Type
1210   i32 0,                             ;; IsLocalToUnit
1211   i32 1,                             ;; IsDefinition
1212   i32* @MyGlobal                     ;; LLVM-IR Value
1213 } ; [ DW_TAG_variable ]
1214
1215 ;;
1216 ;; Define the file
1217 ;;
1218 !6 = metadata !{
1219   i32 786473,                        ;; Tag
1220   metadata !"foo.cpp",               ;; File
1221   metadata !"/Volumes/Data/tmp",     ;; Directory
1222   null                               ;; Unused
1223 } ; [ DW_TAG_file_type ]
1224
1225 ;;
1226 ;; Define the type
1227 ;;
1228 !7 = metadata !{
1229   i32 786468,                         ;; Tag
1230   null,                               ;; Unused
1231   metadata !"int",                    ;; Name
1232   null,                               ;; Unused
1233   i32 0,                              ;; Line
1234   i64 32,                             ;; Size in Bits
1235   i64 32,                             ;; Align in Bits
1236   i64 0,                              ;; Offset
1237   i32 0,                              ;; Flags
1238   i32 5                               ;; Encoding
1239 } ; [ DW_TAG_base_type ]
1240
1241 </pre>
1242 </div>
1243
1244 </div>
1245
1246 <!-- ======================================================================= -->
1247 <h3>
1248   <a name="ccxx_subprogram">C/C++ function information</a>
1249 </h3>
1250
1251 <div>
1252
1253 <p>Given a function declared as follows:</p>
1254
1255 <div class="doc_code">
1256 <pre>
1257 int main(int argc, char *argv[]) {
1258   return 0;
1259 }
1260 </pre>
1261 </div>
1262
1263 <p>a C/C++ front-end would generate the following descriptors:</p>
1264
1265 <div class="doc_code">
1266 <pre>
1267 ;;
1268 ;; Define the anchor for subprograms.  Note that the second field of the
1269 ;; anchor is 46, which is the same as the tag for subprograms
1270 ;; (46 = DW_TAG_subprogram.)
1271 ;;
1272 !6 = metadata !{
1273   i32 524334,        ;; Tag
1274   i32 0,             ;; Unused
1275   metadata !1,       ;; Context
1276   metadata !"main",  ;; Name
1277   metadata !"main",  ;; Display name
1278   metadata !"main",  ;; Linkage name
1279   metadata !1,       ;; File
1280   i32 1,             ;; Line number
1281   metadata !4,       ;; Type
1282   i1 false,          ;; Is local
1283   i1 true,           ;; Is definition
1284   i32 0,             ;; Virtuality attribute, e.g. pure virtual function
1285   i32 0,             ;; Index into virtual table for C++ methods
1286   i32 0,             ;; Type that holds virtual table.
1287   i32 0,             ;; Flags
1288   i1 false,          ;; True if this function is optimized
1289   Function *,        ;; Pointer to llvm::Function
1290   null               ;; Function template parameters
1291 }
1292 ;;
1293 ;; Define the subprogram itself.
1294 ;;
1295 define i32 @main(i32 %argc, i8** %argv) {
1296 ...
1297 }
1298 </pre>
1299 </div>
1300
1301 </div>
1302
1303 <!-- ======================================================================= -->
1304 <h3>
1305   <a name="ccxx_basic_types">C/C++ basic types</a>
1306 </h3>
1307
1308 <div>
1309
1310 <p>The following are the basic type descriptors for C/C++ core types:</p>
1311
1312 <!-- ======================================================================= -->
1313 <h4>
1314   <a name="ccxx_basic_type_bool">bool</a>
1315 </h4>
1316
1317 <div>
1318
1319 <div class="doc_code">
1320 <pre>
1321 !2 = metadata !{
1322   i32 524324,        ;; Tag
1323   metadata !1,       ;; Context
1324   metadata !"bool",  ;; Name
1325   metadata !1,       ;; File
1326   i32 0,             ;; Line number
1327   i64 8,             ;; Size in Bits
1328   i64 8,             ;; Align in Bits
1329   i64 0,             ;; Offset in Bits
1330   i32 0,             ;; Flags
1331   i32 2              ;; Encoding
1332 }
1333 </pre>
1334 </div>
1335
1336 </div>
1337
1338 <!-- ======================================================================= -->
1339 <h4>
1340   <a name="ccxx_basic_char">char</a>
1341 </h4>
1342
1343 <div>
1344
1345 <div class="doc_code">
1346 <pre>
1347 !2 = metadata !{
1348   i32 524324,        ;; Tag
1349   metadata !1,       ;; Context
1350   metadata !"char",  ;; Name
1351   metadata !1,       ;; File
1352   i32 0,             ;; Line number
1353   i64 8,             ;; Size in Bits
1354   i64 8,             ;; Align in Bits
1355   i64 0,             ;; Offset in Bits
1356   i32 0,             ;; Flags
1357   i32 6              ;; Encoding
1358 }
1359 </pre>
1360 </div>
1361
1362 </div>
1363
1364 <!-- ======================================================================= -->
1365 <h4>
1366   <a name="ccxx_basic_unsigned_char">unsigned char</a>
1367 </h4>
1368
1369 <div>
1370
1371 <div class="doc_code">
1372 <pre>
1373 !2 = metadata !{
1374   i32 524324,        ;; Tag
1375   metadata !1,       ;; Context
1376   metadata !"unsigned char",
1377   metadata !1,       ;; File
1378   i32 0,             ;; Line number
1379   i64 8,             ;; Size in Bits
1380   i64 8,             ;; Align in Bits
1381   i64 0,             ;; Offset in Bits
1382   i32 0,             ;; Flags
1383   i32 8              ;; Encoding
1384 }
1385 </pre>
1386 </div>
1387
1388 </div>
1389
1390 <!-- ======================================================================= -->
1391 <h4>
1392   <a name="ccxx_basic_short">short</a>
1393 </h4>
1394
1395 <div>
1396
1397 <div class="doc_code">
1398 <pre>
1399 !2 = metadata !{
1400   i32 524324,        ;; Tag
1401   metadata !1,       ;; Context
1402   metadata !"short int",
1403   metadata !1,       ;; File
1404   i32 0,             ;; Line number
1405   i64 16,            ;; Size in Bits
1406   i64 16,            ;; Align in Bits
1407   i64 0,             ;; Offset in Bits
1408   i32 0,             ;; Flags
1409   i32 5              ;; Encoding
1410 }
1411 </pre>
1412 </div>
1413
1414 </div>
1415
1416 <!-- ======================================================================= -->
1417 <h4>
1418   <a name="ccxx_basic_unsigned_short">unsigned short</a>
1419 </h4>
1420
1421 <div>
1422
1423 <div class="doc_code">
1424 <pre>
1425 !2 = metadata !{
1426   i32 524324,        ;; Tag
1427   metadata !1,       ;; Context
1428   metadata !"short unsigned int",
1429   metadata !1,       ;; File
1430   i32 0,             ;; Line number
1431   i64 16,            ;; Size in Bits
1432   i64 16,            ;; Align in Bits
1433   i64 0,             ;; Offset in Bits
1434   i32 0,             ;; Flags
1435   i32 7              ;; Encoding
1436 }
1437 </pre>
1438 </div>
1439
1440 </div>
1441
1442 <!-- ======================================================================= -->
1443 <h4>
1444   <a name="ccxx_basic_int">int</a>
1445 </h4>
1446
1447 <div>
1448
1449 <div class="doc_code">
1450 <pre>
1451 !2 = metadata !{
1452   i32 524324,        ;; Tag
1453   metadata !1,       ;; Context
1454   metadata !"int",   ;; Name
1455   metadata !1,       ;; File
1456   i32 0,             ;; Line number
1457   i64 32,            ;; Size in Bits
1458   i64 32,            ;; Align in Bits
1459   i64 0,             ;; Offset in Bits
1460   i32 0,             ;; Flags
1461   i32 5              ;; Encoding
1462 }
1463 </pre></div>
1464
1465 </div>
1466
1467 <!-- ======================================================================= -->
1468 <h4>
1469   <a name="ccxx_basic_unsigned_int">unsigned int</a>
1470 </h4>
1471
1472 <div>
1473
1474 <div class="doc_code">
1475 <pre>
1476 !2 = metadata !{
1477   i32 524324,        ;; Tag
1478   metadata !1,       ;; Context
1479   metadata !"unsigned int",
1480   metadata !1,       ;; File
1481   i32 0,             ;; Line number
1482   i64 32,            ;; Size in Bits
1483   i64 32,            ;; Align in Bits
1484   i64 0,             ;; Offset in Bits
1485   i32 0,             ;; Flags
1486   i32 7              ;; Encoding
1487 }
1488 </pre>
1489 </div>
1490
1491 </div>
1492
1493 <!-- ======================================================================= -->
1494 <h4>
1495   <a name="ccxx_basic_long_long">long long</a>
1496 </h4>
1497
1498 <div>
1499
1500 <div class="doc_code">
1501 <pre>
1502 !2 = metadata !{
1503   i32 524324,        ;; Tag
1504   metadata !1,       ;; Context
1505   metadata !"long long int",
1506   metadata !1,       ;; File
1507   i32 0,             ;; Line number
1508   i64 64,            ;; Size in Bits
1509   i64 64,            ;; Align in Bits
1510   i64 0,             ;; Offset in Bits
1511   i32 0,             ;; Flags
1512   i32 5              ;; Encoding
1513 }
1514 </pre>
1515 </div>
1516
1517 </div>
1518
1519 <!-- ======================================================================= -->
1520 <h4>
1521   <a name="ccxx_basic_unsigned_long_long">unsigned long long</a>
1522 </h4>
1523
1524 <div>
1525
1526 <div class="doc_code">
1527 <pre>
1528 !2 = metadata !{
1529   i32 524324,        ;; Tag
1530   metadata !1,       ;; Context
1531   metadata !"long long unsigned int",
1532   metadata !1,       ;; File
1533   i32 0,             ;; Line number
1534   i64 64,            ;; Size in Bits
1535   i64 64,            ;; Align in Bits
1536   i64 0,             ;; Offset in Bits
1537   i32 0,             ;; Flags
1538   i32 7              ;; Encoding
1539 }
1540 </pre>
1541 </div>
1542
1543 </div>
1544
1545 <!-- ======================================================================= -->
1546 <h4>
1547   <a name="ccxx_basic_float">float</a>
1548 </h4>
1549
1550 <div>
1551
1552 <div class="doc_code">
1553 <pre>
1554 !2 = metadata !{
1555   i32 524324,        ;; Tag
1556   metadata !1,       ;; Context
1557   metadata !"float",
1558   metadata !1,       ;; File
1559   i32 0,             ;; Line number
1560   i64 32,            ;; Size in Bits
1561   i64 32,            ;; Align in Bits
1562   i64 0,             ;; Offset in Bits
1563   i32 0,             ;; Flags
1564   i32 4              ;; Encoding
1565 }
1566 </pre>
1567 </div>
1568
1569 </div>
1570
1571 <!-- ======================================================================= -->
1572 <h4>
1573   <a name="ccxx_basic_double">double</a>
1574 </h4>
1575
1576 <div>
1577
1578 <div class="doc_code">
1579 <pre>
1580 !2 = metadata !{
1581   i32 524324,        ;; Tag
1582   metadata !1,       ;; Context
1583   metadata !"double",;; Name
1584   metadata !1,       ;; File
1585   i32 0,             ;; Line number
1586   i64 64,            ;; Size in Bits
1587   i64 64,            ;; Align in Bits
1588   i64 0,             ;; Offset in Bits
1589   i32 0,             ;; Flags
1590   i32 4              ;; Encoding
1591 }
1592 </pre>
1593 </div>
1594
1595 </div>
1596
1597 </div>
1598
1599 <!-- ======================================================================= -->
1600 <h3>
1601   <a name="ccxx_derived_types">C/C++ derived types</a>
1602 </h3>
1603
1604 <div>
1605
1606 <p>Given the following as an example of C/C++ derived type:</p>
1607
1608 <div class="doc_code">
1609 <pre>
1610 typedef const int *IntPtr;
1611 </pre>
1612 </div>
1613
1614 <p>a C/C++ front-end would generate the following descriptors:</p>
1615
1616 <div class="doc_code">
1617 <pre>
1618 ;;
1619 ;; Define the typedef "IntPtr".
1620 ;;
1621 !2 = metadata !{
1622   i32 524310,          ;; Tag
1623   metadata !1,         ;; Context
1624   metadata !"IntPtr",  ;; Name
1625   metadata !3,         ;; File
1626   i32 0,               ;; Line number
1627   i64 0,               ;; Size in bits
1628   i64 0,               ;; Align in bits
1629   i64 0,               ;; Offset in bits
1630   i32 0,               ;; Flags
1631   metadata !4          ;; Derived From type
1632 }
1633
1634 ;;
1635 ;; Define the pointer type.
1636 ;;
1637 !4 = metadata !{
1638   i32 524303,          ;; Tag
1639   metadata !1,         ;; Context
1640   metadata !"",        ;; Name
1641   metadata !1,         ;; File
1642   i32 0,               ;; Line number
1643   i64 64,              ;; Size in bits
1644   i64 64,              ;; Align in bits
1645   i64 0,               ;; Offset in bits
1646   i32 0,               ;; Flags
1647   metadata !5          ;; Derived From type
1648 }
1649 ;;
1650 ;; Define the const type.
1651 ;;
1652 !5 = metadata !{
1653   i32 524326,          ;; Tag
1654   metadata !1,         ;; Context
1655   metadata !"",        ;; Name
1656   metadata !1,         ;; File
1657   i32 0,               ;; Line number
1658   i64 32,              ;; Size in bits
1659   i64 32,              ;; Align in bits
1660   i64 0,               ;; Offset in bits
1661   i32 0,               ;; Flags
1662   metadata !6          ;; Derived From type
1663 }
1664 ;;
1665 ;; Define the int type.
1666 ;;
1667 !6 = metadata !{
1668   i32 524324,          ;; Tag
1669   metadata !1,         ;; Context
1670   metadata !"int",     ;; Name
1671   metadata !1,         ;; File
1672   i32 0,               ;; Line number
1673   i64 32,              ;; Size in bits
1674   i64 32,              ;; Align in bits
1675   i64 0,               ;; Offset in bits
1676   i32 0,               ;; Flags
1677   5                    ;; Encoding
1678 }
1679 </pre>
1680 </div>
1681
1682 </div>
1683
1684 <!-- ======================================================================= -->
1685 <h3>
1686   <a name="ccxx_composite_types">C/C++ struct/union types</a>
1687 </h3>
1688
1689 <div>
1690
1691 <p>Given the following as an example of C/C++ struct type:</p>
1692
1693 <div class="doc_code">
1694 <pre>
1695 struct Color {
1696   unsigned Red;
1697   unsigned Green;
1698   unsigned Blue;
1699 };
1700 </pre>
1701 </div>
1702
1703 <p>a C/C++ front-end would generate the following descriptors:</p>
1704
1705 <div class="doc_code">
1706 <pre>
1707 ;;
1708 ;; Define basic type for unsigned int.
1709 ;;
1710 !5 = metadata !{
1711   i32 524324,        ;; Tag
1712   metadata !1,       ;; Context
1713   metadata !"unsigned int",
1714   metadata !1,       ;; File
1715   i32 0,             ;; Line number
1716   i64 32,            ;; Size in Bits
1717   i64 32,            ;; Align in Bits
1718   i64 0,             ;; Offset in Bits
1719   i32 0,             ;; Flags
1720   i32 7              ;; Encoding
1721 }
1722 ;;
1723 ;; Define composite type for struct Color.
1724 ;;
1725 !2 = metadata !{
1726   i32 524307,        ;; Tag
1727   metadata !1,       ;; Context
1728   metadata !"Color", ;; Name
1729   metadata !1,       ;; Compile unit
1730   i32 1,             ;; Line number
1731   i64 96,            ;; Size in bits
1732   i64 32,            ;; Align in bits
1733   i64 0,             ;; Offset in bits
1734   i32 0,             ;; Flags
1735   null,              ;; Derived From
1736   metadata !3,       ;; Elements
1737   i32 0              ;; Runtime Language
1738 }
1739
1740 ;;
1741 ;; Define the Red field.
1742 ;;
1743 !4 = metadata !{
1744   i32 524301,        ;; Tag
1745   metadata !1,       ;; Context
1746   metadata !"Red",   ;; Name
1747   metadata !1,       ;; File
1748   i32 2,             ;; Line number
1749   i64 32,            ;; Size in bits
1750   i64 32,            ;; Align in bits
1751   i64 0,             ;; Offset in bits
1752   i32 0,             ;; Flags
1753   metadata !5        ;; Derived From type
1754 }
1755
1756 ;;
1757 ;; Define the Green field.
1758 ;;
1759 !6 = metadata !{
1760   i32 524301,        ;; Tag
1761   metadata !1,       ;; Context
1762   metadata !"Green", ;; Name
1763   metadata !1,       ;; File
1764   i32 3,             ;; Line number
1765   i64 32,            ;; Size in bits
1766   i64 32,            ;; Align in bits
1767   i64 32,             ;; Offset in bits
1768   i32 0,             ;; Flags
1769   metadata !5        ;; Derived From type
1770 }
1771
1772 ;;
1773 ;; Define the Blue field.
1774 ;;
1775 !7 = metadata !{
1776   i32 524301,        ;; Tag
1777   metadata !1,       ;; Context
1778   metadata !"Blue",  ;; Name
1779   metadata !1,       ;; File
1780   i32 4,             ;; Line number
1781   i64 32,            ;; Size in bits
1782   i64 32,            ;; Align in bits
1783   i64 64,             ;; Offset in bits
1784   i32 0,             ;; Flags
1785   metadata !5        ;; Derived From type
1786 }
1787
1788 ;;
1789 ;; Define the array of fields used by the composite type Color.
1790 ;;
1791 !3 = metadata !{metadata !4, metadata !6, metadata !7}
1792 </pre>
1793 </div>
1794
1795 </div>
1796
1797 <!-- ======================================================================= -->
1798 <h3>
1799   <a name="ccxx_enumeration_types">C/C++ enumeration types</a>
1800 </h3>
1801
1802 <div>
1803
1804 <p>Given the following as an example of C/C++ enumeration type:</p>
1805
1806 <div class="doc_code">
1807 <pre>
1808 enum Trees {
1809   Spruce = 100,
1810   Oak = 200,
1811   Maple = 300
1812 };
1813 </pre>
1814 </div>
1815
1816 <p>a C/C++ front-end would generate the following descriptors:</p>
1817
1818 <div class="doc_code">
1819 <pre>
1820 ;;
1821 ;; Define composite type for enum Trees
1822 ;;
1823 !2 = metadata !{
1824   i32 524292,        ;; Tag
1825   metadata !1,       ;; Context
1826   metadata !"Trees", ;; Name
1827   metadata !1,       ;; File
1828   i32 1,             ;; Line number
1829   i64 32,            ;; Size in bits
1830   i64 32,            ;; Align in bits
1831   i64 0,             ;; Offset in bits
1832   i32 0,             ;; Flags
1833   null,              ;; Derived From type
1834   metadata !3,       ;; Elements
1835   i32 0              ;; Runtime language
1836 }
1837
1838 ;;
1839 ;; Define the array of enumerators used by composite type Trees.
1840 ;;
1841 !3 = metadata !{metadata !4, metadata !5, metadata !6}
1842
1843 ;;
1844 ;; Define Spruce enumerator.
1845 ;;
1846 !4 = metadata !{i32 524328, metadata !"Spruce", i64 100}
1847
1848 ;;
1849 ;; Define Oak enumerator.
1850 ;;
1851 !5 = metadata !{i32 524328, metadata !"Oak", i64 200}
1852
1853 ;;
1854 ;; Define Maple enumerator.
1855 ;;
1856 !6 = metadata !{i32 524328, metadata !"Maple", i64 300}
1857
1858 </pre>
1859 </div>
1860
1861 </div>
1862
1863 </div>
1864
1865
1866 <!-- *********************************************************************** -->
1867 <h2>
1868   <a name="llvmdwarfextension">Debugging information format</a>
1869 </h2>
1870 <!-- *********************************************************************** -->
1871 <div>
1872 <!-- ======================================================================= -->
1873 <h3>
1874   <a name="objcproperty">Debugging Information Extension for Objective C Properties</a>
1875 </h3>
1876 <div>
1877 <!-- *********************************************************************** -->
1878 <h4>
1879   <a name="objcpropertyintroduction">Introduction</a>
1880 </h4>
1881 <!-- *********************************************************************** -->
1882
1883 <div>
1884 <p>Objective C provides a simpler way to declare and define accessor methods
1885 using declared properties. The language provides features to declare a
1886 property and to let compiler synthesize accessor methods.
1887 </p>
1888
1889 <p>The debugger lets developer inspect Objective C interfaces and their
1890 instance variables and class variables. However, the debugger does not know
1891 anything about the properties defined in Objective C interfaces. The debugger
1892 consumes information generated by compiler in DWARF format. The format does
1893 not support encoding of Objective C properties. This proposal describes DWARF
1894 extensions to encode Objective C properties, which the debugger can use to let
1895 developers inspect Objective C properties.
1896 </p>
1897
1898 </div>
1899
1900
1901 <!-- *********************************************************************** -->
1902 <h4>
1903   <a name="objcpropertyproposal">Proposal</a>
1904 </h4>
1905 <!-- *********************************************************************** -->
1906
1907 <div>
1908 <p>Objective C properties exist separately from class members. A property
1909 can be defined only by &quot;setter&quot; and &quot;getter&quot; selectors, and
1910 be calculated anew on each access.  Or a property can just be a direct access
1911 to some declared ivar.  Finally it can have an ivar &quot;automatically
1912 synthesized&quot; for it by the compiler, in which case the property can be
1913 referred to in user code directly using the standard C dereference syntax as
1914 well as through the property &quot;dot&quot; syntax, but there is no entry in
1915 the @interface declaration corresponding to this ivar.
1916 </p>
1917 <p>
1918 To facilitate debugging, these properties we will add a new DWARF TAG into the
1919 DW_TAG_structure_type definition for the class to hold the description of a
1920 given property, and a set of DWARF attributes that provide said description.
1921 The property tag will also contain the name and declared type of the property.
1922 </p>
1923 <p>
1924 If there is a related ivar, there will also be a DWARF property attribute placed
1925 in the DW_TAG_member DIE for that ivar referring back to the property TAG for
1926 that property. And in the case where the compiler synthesizes the ivar directly,
1927 the compiler is expected to generate a DW_TAG_member for that ivar (with the
1928 DW_AT_artificial set to 1), whose name will be the name used to access this
1929 ivar directly in code, and with the property attribute pointing back to the
1930 property it is backing.
1931 </p>
1932 <p>
1933 The following examples will serve as illustration for our discussion:
1934 </p>
1935
1936 <div class="doc_code">
1937 <pre>
1938 @interface I1 {
1939   int n2;
1940 }
1941
1942 @property int p1;
1943 @property int p2;
1944 @end
1945
1946 @implementation I1
1947 @synthesize p1;
1948 @synthesize p2 = n2;
1949 @end
1950 </pre>
1951 </div>
1952
1953 <p>
1954 This produces the following DWARF (this is a &quot;pseudo dwarfdump&quot; output):
1955 </p>
1956 <div class="doc_code">
1957 <pre>
1958 0x00000100:  TAG_structure_type [7] *
1959                AT_APPLE_runtime_class( 0x10 )
1960                AT_name( "I1" )
1961                AT_decl_file( "Objc_Property.m" )
1962                AT_decl_line( 3 )
1963
1964 0x00000110    TAG_APPLE_property
1965                 AT_name ( "p1" )
1966                 AT_type ( {0x00000150} ( int ) )
1967
1968 0x00000120:   TAG_APPLE_property
1969                 AT_name ( "p2" )
1970                 AT_type ( {0x00000150} ( int ) )
1971
1972 0x00000130:   TAG_member [8]
1973                 AT_name( "_p1" )
1974                 AT_APPLE_property ( {0x00000110} "p1" )
1975                 AT_type( {0x00000150} ( int ) )
1976                 AT_artificial ( 0x1 )
1977
1978 0x00000140:    TAG_member [8]
1979                  AT_name( "n2" )
1980                  AT_APPLE_property ( {0x00000120} "p2" )
1981                  AT_type( {0x00000150} ( int ) )
1982
1983 0x00000150:  AT_type( ( int ) )
1984 </pre>
1985 </div>
1986
1987 <p> Note, the current convention is that the name of the ivar for an
1988 auto-synthesized property is the name of the property from which it derives with
1989 an underscore prepended, as is shown in the example.
1990 But we actually don't need to know this convention, since we are given the name
1991 of the ivar directly.
1992 </p>
1993
1994 <p>
1995 Also, it is common practice in ObjC to have different property declarations in
1996 the @interface and @implementation - e.g. to provide a read-only property in
1997 the interface,and a read-write interface in the implementation.  In that case,
1998 the compiler should emit whichever property declaration will be in force in the
1999 current translation unit.
2000 </p>
2001
2002 <p> Developers can decorate a property with attributes which are encoded using
2003 DW_AT_APPLE_property_attribute.
2004 </p>
2005
2006 <div class="doc_code">
2007 <pre>
2008 @property (readonly, nonatomic) int pr;
2009 </pre>
2010 </div>
2011 <p>
2012 Which produces a property tag:
2013 <p>
2014 <div class="doc_code">
2015 <pre>
2016 TAG_APPLE_property [8]
2017   AT_name( "pr" )
2018   AT_type ( {0x00000147} (int) )
2019   AT_APPLE_property_attribute (DW_APPLE_PROPERTY_readonly, DW_APPLE_PROPERTY_nonatomic)
2020 </pre>
2021 </div>
2022
2023 <p> The setter and getter method names are attached to the property using
2024 DW_AT_APPLE_property_setter and DW_AT_APPLE_property_getter attributes.
2025 </p>
2026 <div class="doc_code">
2027 <pre>
2028 @interface I1
2029 @property (setter=myOwnP3Setter:) int p3;
2030 -(void)myOwnP3Setter:(int)a;
2031 @end
2032
2033 @implementation I1
2034 @synthesize p3;
2035 -(void)myOwnP3Setter:(int)a{ }
2036 @end
2037 </pre>
2038 </div>
2039
2040 <p>
2041 The DWARF for this would be:
2042 </p>
2043 <div class="doc_code">
2044 <pre>
2045 0x000003bd: TAG_structure_type [7] *
2046               AT_APPLE_runtime_class( 0x10 )
2047               AT_name( "I1" )
2048               AT_decl_file( "Objc_Property.m" )
2049               AT_decl_line( 3 )
2050
2051 0x000003cd      TAG_APPLE_property
2052                   AT_name ( "p3" )
2053                   AT_APPLE_property_setter ( "myOwnP3Setter:" )
2054                   AT_type( {0x00000147} ( int ) )
2055
2056 0x000003f3:     TAG_member [8]
2057                   AT_name( "_p3" )
2058                   AT_type ( {0x00000147} ( int ) )
2059                   AT_APPLE_property ( {0x000003cd} )
2060                   AT_artificial ( 0x1 )
2061 </pre>
2062 </div>
2063
2064 </div>
2065
2066 <!-- *********************************************************************** -->
2067 <h4>
2068   <a name="objcpropertynewtags">New DWARF Tags</a>
2069 </h4>
2070 <!-- *********************************************************************** -->
2071
2072 <div>
2073 <table border="1" cellspacing="0">
2074   <col width="200">
2075   <col width="200">
2076   <tr>
2077     <th>TAG</th>
2078     <th>Value</th>
2079   </tr>
2080   <tr>
2081     <td>DW_TAG_APPLE_property</td>
2082     <td>0x4200</td>
2083   </tr>
2084 </table>
2085
2086 </div>
2087
2088 <!-- *********************************************************************** -->
2089 <h4>
2090   <a name="objcpropertynewattributes">New DWARF Attributes</a>
2091 </h4>
2092 <!-- *********************************************************************** -->
2093
2094 <div>
2095 <table border="1" cellspacing="0">
2096   <col width="200">
2097   <col width="200">
2098   <col width="200">
2099   <tr>
2100     <th>Attribute</th>
2101     <th>Value</th>
2102     <th>Classes</th>
2103   </tr>
2104   <tr>
2105     <td>DW_AT_APPLE_property</td>
2106     <td>0x3fed</td>
2107     <td>Reference</td>
2108   </tr>
2109   <tr>
2110     <td>DW_AT_APPLE_property_getter</td>
2111     <td>0x3fe9</td>
2112     <td>String</td>
2113   </tr>
2114   <tr>
2115     <td>DW_AT_APPLE_property_setter</td>
2116     <td>0x3fea</td>
2117     <td>String</td>
2118   </tr>
2119   <tr>
2120     <td>DW_AT_APPLE_property_attribute</td>
2121     <td>0x3feb</td>
2122     <td>Constant</td>
2123   </tr>
2124 </table>
2125
2126 </div>
2127
2128 <!-- *********************************************************************** -->
2129 <h4>
2130   <a name="objcpropertynewconstants">New DWARF Constants</a>
2131 </h4>
2132 <!-- *********************************************************************** -->
2133
2134 <div>
2135 <table border="1" cellspacing="0">
2136   <col width="200">
2137   <col width="200">
2138   <tr>
2139     <th>Name</th>
2140     <th>Value</th>
2141   </tr>
2142   <tr>
2143     <td>DW_AT_APPLE_PROPERTY_readonly</td>
2144     <td>0x1</td>
2145   </tr>
2146   <tr>
2147     <td>DW_AT_APPLE_PROPERTY_readwrite</td>
2148     <td>0x2</td>
2149   </tr>
2150   <tr>
2151     <td>DW_AT_APPLE_PROPERTY_assign</td>
2152     <td>0x4</td>
2153   </tr>
2154   <tr>
2155     <td>DW_AT_APPLE_PROPERTY_retain</td>
2156     <td>0x8</td>
2157   </tr>
2158   <tr>
2159     <td>DW_AT_APPLE_PROPERTY_copy</td>
2160     <td>0x10</td>
2161   </tr>
2162   <tr>
2163     <td>DW_AT_APPLE_PROPERTY_nonatomic</td>
2164     <td>0x20</td>
2165   </tr>
2166 </table>
2167
2168 </div>
2169 </div>
2170
2171 <!-- ======================================================================= -->
2172 <h3>
2173   <a name="acceltable">Name Accelerator Tables</a>
2174 </h3>
2175 <!-- ======================================================================= -->
2176 <div>
2177 <!-- ======================================================================= -->
2178 <h4>
2179   <a name="acceltableintroduction">Introduction</a>
2180 </h4>
2181 <!-- ======================================================================= -->
2182 <div>
2183 <p>The .debug_pubnames and .debug_pubtypes formats are not what a debugger
2184   needs. The "pub" in the section name indicates that the entries in the
2185   table are publicly visible names only. This means no static or hidden
2186   functions show up in the .debug_pubnames. No static variables or private class
2187   variables are in the .debug_pubtypes. Many compilers add different things to
2188   these tables, so we can't rely upon the contents between gcc, icc, or clang.</p>
2189
2190 <p>The typical query given by users tends not to match up with the contents of
2191   these tables. For example, the DWARF spec states that "In the case of the
2192   name of a function member or static data member of a C++ structure, class or
2193   union, the name presented in the .debug_pubnames section is not the simple
2194   name given by the DW_AT_name attribute of the referenced debugging information
2195   entry, but rather the fully qualified name of the data or function member."
2196   So the only names in these tables for complex C++ entries is a fully
2197   qualified name.  Debugger users tend not to enter their search strings as
2198   "a::b::c(int,const Foo&) const", but rather as "c", "b::c" , or "a::b::c".  So
2199   the name entered in the name table must be demangled in order to chop it up
2200   appropriately and additional names must be manually entered into the table
2201   to make it effective as a name lookup table for debuggers to use.</p>
2202
2203 <p>All debuggers currently ignore the .debug_pubnames table as a result of
2204   its inconsistent and useless public-only name content making it a waste of
2205   space in the object file. These tables, when they are written to disk, are
2206   not sorted in any way, leaving every debugger to do its own parsing
2207   and sorting. These tables also include an inlined copy of the string values
2208   in the table itself making the tables much larger than they need to be on
2209   disk, especially for large C++ programs.</p>
2210
2211 <p>Can't we just fix the sections by adding all of the names we need to this
2212   table? No, because that is not what the tables are defined to contain and we
2213   won't know the difference between the old bad tables and the new good tables.
2214   At best we could make our own renamed sections that contain all of the data
2215   we need.</p>
2216
2217 <p>These tables are also insufficient for what a debugger like LLDB needs.
2218   LLDB uses clang for its expression parsing where LLDB acts as a PCH. LLDB is
2219   then often asked to look for type "foo" or namespace "bar", or list items in
2220   namespace "baz". Namespaces are not included in the pubnames or pubtypes
2221   tables. Since clang asks a lot of questions when it is parsing an expression,
2222   we need to be very fast when looking up names, as it happens a lot. Having new
2223   accelerator tables that are optimized for very quick lookups will benefit
2224   this type of debugging experience greatly.</p>
2225
2226 <p>We would like to generate name lookup tables that can be mapped into
2227   memory from disk, and used as is, with little or no up-front parsing. We would
2228   also be able to control the exact content of these different tables so they
2229   contain exactly what we need. The Name Accelerator Tables were designed
2230   to fix these issues. In order to solve these issues we need to:</p>
2231
2232 <ul>
2233   <li>Have a format that can be mapped into memory from disk and used as is</li>
2234   <li>Lookups should be very fast</li>
2235   <li>Extensible table format so these tables can be made by many producers</li>
2236   <li>Contain all of the names needed for typical lookups out of the box</li>
2237   <li>Strict rules for the contents of tables</li>
2238 </ul>
2239
2240 <p>Table size is important and the accelerator table format should allow the
2241   reuse of strings from common string tables so the strings for the names are
2242   not duplicated. We also want to make sure the table is ready to be used as-is
2243   by simply mapping the table into memory with minimal header parsing.</p>
2244
2245 <p>The name lookups need to be fast and optimized for the kinds of lookups
2246   that debuggers tend to do. Optimally we would like to touch as few parts of
2247   the mapped table as possible when doing a name lookup and be able to quickly
2248   find the name entry we are looking for, or discover there are no matches. In
2249   the case of debuggers we optimized for lookups that fail most of the time.</p>
2250
2251 <p>Each table that is defined should have strict rules on exactly what is in
2252   the accelerator tables and documented so clients can rely on the content.</p>
2253
2254 </div>
2255
2256 <!-- ======================================================================= -->
2257 <h4>
2258   <a name="acceltablehashes">Hash Tables</a>
2259 </h4>
2260 <!-- ======================================================================= -->
2261
2262 <div>
2263 <h5>Standard Hash Tables</h5>
2264
2265 <p>Typical hash tables have a header, buckets, and each bucket points to the
2266 bucket contents:
2267 </p>
2268
2269 <div class="doc_code">
2270 <pre>
2271 .------------.
2272 |  HEADER    |
2273 |------------|
2274 |  BUCKETS   |
2275 |------------|
2276 |  DATA      |
2277 `------------'
2278 </pre>
2279 </div>
2280
2281 <p>The BUCKETS are an array of offsets to DATA for each hash:</p>
2282
2283 <div class="doc_code">
2284 <pre>
2285 .------------.
2286 | 0x00001000 | BUCKETS[0]
2287 | 0x00002000 | BUCKETS[1]
2288 | 0x00002200 | BUCKETS[2]
2289 | 0x000034f0 | BUCKETS[3]
2290 |            | ...
2291 | 0xXXXXXXXX | BUCKETS[n_buckets]
2292 '------------'
2293 </pre>
2294 </div>
2295
2296 <p>So for bucket[3] in the example above, we have an offset into the table
2297   0x000034f0 which points to a chain of entries for the bucket. Each bucket
2298   must contain a next pointer, full 32 bit hash value, the string itself,
2299   and the data for the current string value.</p>
2300
2301 <div class="doc_code">
2302 <pre>
2303             .------------.
2304 0x000034f0: | 0x00003500 | next pointer
2305             | 0x12345678 | 32 bit hash
2306             | "erase"    | string value
2307             | data[n]    | HashData for this bucket
2308             |------------|
2309 0x00003500: | 0x00003550 | next pointer
2310             | 0x29273623 | 32 bit hash
2311             | "dump"     | string value
2312             | data[n]    | HashData for this bucket
2313             |------------|
2314 0x00003550: | 0x00000000 | next pointer
2315             | 0x82638293 | 32 bit hash
2316             | "main"     | string value
2317             | data[n]    | HashData for this bucket
2318             `------------'
2319 </pre>
2320 </div>
2321
2322 <p>The problem with this layout for debuggers is that we need to optimize for
2323   the negative lookup case where the symbol we're searching for is not present.
2324   So if we were to lookup "printf" in the table above, we would make a 32 hash
2325   for "printf", it might match bucket[3]. We would need to go to the offset
2326   0x000034f0 and start looking to see if our 32 bit hash matches. To do so, we
2327   need to read the next pointer, then read the hash, compare it, and skip to
2328   the next bucket. Each time we are skipping many bytes in memory and touching
2329   new cache pages just to do the compare on the full 32 bit hash. All of these
2330   accesses then tell us that we didn't have a match.</p>
2331
2332 <h5>Name Hash Tables</h5>
2333
2334 <p>To solve the issues mentioned above we have structured the hash tables
2335   a bit differently: a header, buckets, an array of all unique 32 bit hash
2336   values, followed by an array of hash value data offsets, one for each hash
2337   value, then the data for all hash values:</p>
2338
2339 <div class="doc_code">
2340 <pre>
2341 .-------------.
2342 |  HEADER     |
2343 |-------------|
2344 |  BUCKETS    |
2345 |-------------|
2346 |  HASHES     |
2347 |-------------|
2348 |  OFFSETS    |
2349 |-------------|
2350 |  DATA       |
2351 `-------------'
2352 </pre>
2353 </div>
2354
2355 <p>The BUCKETS in the name tables are an index into the HASHES array. By
2356   making all of the full 32 bit hash values contiguous in memory, we allow
2357   ourselves to efficiently check for a match while touching as little
2358   memory as possible. Most often checking the 32 bit hash values is as far as
2359   the lookup goes. If it does match, it usually is a match with no collisions.
2360   So for a table with "n_buckets" buckets, and "n_hashes" unique 32 bit hash
2361   values, we can clarify the contents of the BUCKETS, HASHES and OFFSETS as:</p>
2362
2363 <div class="doc_code">
2364 <pre>
2365 .-------------------------.
2366 |  HEADER.magic           | uint32_t
2367 |  HEADER.version         | uint16_t
2368 |  HEADER.hash_function   | uint16_t
2369 |  HEADER.bucket_count    | uint32_t
2370 |  HEADER.hashes_count    | uint32_t
2371 |  HEADER.header_data_len | uint32_t
2372 |  HEADER_DATA            | HeaderData
2373 |-------------------------|
2374 |  BUCKETS                | uint32_t[n_buckets] // 32 bit hash indexes
2375 |-------------------------|
2376 |  HASHES                 | uint32_t[n_buckets] // 32 bit hash values
2377 |-------------------------|
2378 |  OFFSETS                | uint32_t[n_buckets] // 32 bit offsets to hash value data
2379 |-------------------------|
2380 |  ALL HASH DATA          |
2381 `-------------------------'
2382 </pre>
2383 </div>
2384
2385 <p>So taking the exact same data from the standard hash example above we end up
2386   with:</p>
2387
2388 <div class="doc_code">
2389 <pre>
2390             .------------.
2391             | HEADER     |
2392             |------------|
2393             |          0 | BUCKETS[0]
2394             |          2 | BUCKETS[1]
2395             |          5 | BUCKETS[2]
2396             |          6 | BUCKETS[3]
2397             |            | ...
2398             |        ... | BUCKETS[n_buckets]
2399             |------------|
2400             | 0x........ | HASHES[0]
2401             | 0x........ | HASHES[1]
2402             | 0x........ | HASHES[2]
2403             | 0x........ | HASHES[3]
2404             | 0x........ | HASHES[4]
2405             | 0x........ | HASHES[5]
2406             | 0x12345678 | HASHES[6]    hash for BUCKETS[3]
2407             | 0x29273623 | HASHES[7]    hash for BUCKETS[3]
2408             | 0x82638293 | HASHES[8]    hash for BUCKETS[3]
2409             | 0x........ | HASHES[9]
2410             | 0x........ | HASHES[10]
2411             | 0x........ | HASHES[11]
2412             | 0x........ | HASHES[12]
2413             | 0x........ | HASHES[13]
2414             | 0x........ | HASHES[n_hashes]
2415             |------------|
2416             | 0x........ | OFFSETS[0]
2417             | 0x........ | OFFSETS[1]
2418             | 0x........ | OFFSETS[2]
2419             | 0x........ | OFFSETS[3]
2420             | 0x........ | OFFSETS[4]
2421             | 0x........ | OFFSETS[5]
2422             | 0x000034f0 | OFFSETS[6]   offset for BUCKETS[3]
2423             | 0x00003500 | OFFSETS[7]   offset for BUCKETS[3]
2424             | 0x00003550 | OFFSETS[8]   offset for BUCKETS[3]
2425             | 0x........ | OFFSETS[9]
2426             | 0x........ | OFFSETS[10]
2427             | 0x........ | OFFSETS[11]
2428             | 0x........ | OFFSETS[12]
2429             | 0x........ | OFFSETS[13]
2430             | 0x........ | OFFSETS[n_hashes]
2431             |------------|
2432             |            |
2433             |            |
2434             |            |
2435             |            |
2436             |            |
2437             |------------|
2438 0x000034f0: | 0x00001203 | .debug_str ("erase")
2439             | 0x00000004 | A 32 bit array count - number of HashData with name "erase"
2440             | 0x........ | HashData[0]
2441             | 0x........ | HashData[1]
2442             | 0x........ | HashData[2]
2443             | 0x........ | HashData[3]
2444             | 0x00000000 | String offset into .debug_str (terminate data for hash)
2445             |------------|
2446 0x00003500: | 0x00001203 | String offset into .debug_str ("collision")
2447             | 0x00000002 | A 32 bit array count - number of HashData with name "collision"
2448             | 0x........ | HashData[0]
2449             | 0x........ | HashData[1]
2450             | 0x00001203 | String offset into .debug_str ("dump")
2451             | 0x00000003 | A 32 bit array count - number of HashData with name "dump"
2452             | 0x........ | HashData[0]
2453             | 0x........ | HashData[1]
2454             | 0x........ | HashData[2]
2455             | 0x00000000 | String offset into .debug_str (terminate data for hash)
2456             |------------|
2457 0x00003550: | 0x00001203 | String offset into .debug_str ("main")
2458             | 0x00000009 | A 32 bit array count - number of HashData with name "main"
2459             | 0x........ | HashData[0]
2460             | 0x........ | HashData[1]
2461             | 0x........ | HashData[2]
2462             | 0x........ | HashData[3]
2463             | 0x........ | HashData[4]
2464             | 0x........ | HashData[5]
2465             | 0x........ | HashData[6]
2466             | 0x........ | HashData[7]
2467             | 0x........ | HashData[8]
2468             | 0x00000000 | String offset into .debug_str (terminate data for hash)
2469             `------------'
2470 </pre>
2471 </div>
2472
2473 <p>So we still have all of the same data, we just organize it more efficiently
2474   for debugger lookup. If we repeat the same "printf" lookup from above, we
2475   would hash "printf" and find it matches BUCKETS[3] by taking the 32 bit hash
2476   value and modulo it by n_buckets. BUCKETS[3] contains "6" which is the index
2477   into the HASHES table. We would then compare any consecutive 32 bit hashes
2478   values in the HASHES array as long as the hashes would be in BUCKETS[3]. We
2479   do this by verifying that each subsequent hash value modulo n_buckets is still
2480   3. In the case of a failed lookup we would access the memory for BUCKETS[3], and
2481   then compare a few consecutive 32 bit hashes before we know that we have no match.
2482   We don't end up marching through multiple words of memory and we really keep the
2483   number of processor data cache lines being accessed as small as possible.</p>
2484
2485 <p>The string hash that is used for these lookup tables is the Daniel J.
2486   Bernstein hash which is also used in the ELF GNU_HASH sections. It is a very
2487   good hash for all kinds of names in programs with very few hash collisions.</p>
2488
2489 <p>Empty buckets are designated by using an invalid hash index of UINT32_MAX.</p>
2490 </div>
2491
2492 <!-- ======================================================================= -->
2493 <h4>
2494   <a name="acceltabledetails">Details</a>
2495 </h4>
2496 <!-- ======================================================================= -->
2497 <div>
2498 <p>These name hash tables are designed to be generic where specializations of
2499   the table get to define additional data that goes into the header
2500   ("HeaderData"), how the string value is stored ("KeyType") and the content
2501   of the data for each hash value.</p>
2502
2503 <h5>Header Layout</h5>
2504 <p>The header has a fixed part, and the specialized part. The exact format of
2505   the header is:</p>
2506 <div class="doc_code">
2507 <pre>
2508 struct Header
2509 {
2510   uint32_t   magic;           // 'HASH' magic value to allow endian detection
2511   uint16_t   version;         // Version number
2512   uint16_t   hash_function;   // The hash function enumeration that was used
2513   uint32_t   bucket_count;    // The number of buckets in this hash table
2514   uint32_t   hashes_count;    // The total number of unique hash values and hash data offsets in this table
2515   uint32_t   header_data_len; // The bytes to skip to get to the hash indexes (buckets) for correct alignment
2516                               // Specifically the length of the following HeaderData field - this does not
2517                               // include the size of the preceding fields
2518   HeaderData header_data;     // Implementation specific header data
2519 };
2520 </pre>
2521 </div>
2522 <p>The header starts with a 32 bit "magic" value which must be 'HASH' encoded as
2523   an ASCII integer. This allows the detection of the start of the hash table and
2524   also allows the table's byte order to be determined so the table can be
2525   correctly extracted. The "magic" value is followed by a 16 bit version number
2526   which allows the table to be revised and modified in the future. The current
2527   version number is 1. "hash_function" is a uint16_t enumeration that specifies
2528   which hash function was used to produce this table. The current values for the
2529   hash function enumerations include:</p>
2530 <div class="doc_code">
2531 <pre>
2532 enum HashFunctionType
2533 {
2534   eHashFunctionDJB = 0u, // Daniel J Bernstein hash function
2535 };
2536 </pre>
2537 </div>
2538 <p>"bucket_count" is a 32 bit unsigned integer that represents how many buckets
2539   are in the BUCKETS array. "hashes_count" is the number of unique 32 bit hash
2540   values that are in the HASHES array, and is the same number of offsets are
2541   contained in the OFFSETS array. "header_data_len" specifies the size in
2542   bytes of the HeaderData that is filled in by specialized versions of this
2543   table.</p>
2544
2545 <h5>Fixed Lookup</h5>
2546 <p>The header is followed by the buckets, hashes, offsets, and hash value
2547   data.
2548 <div class="doc_code">
2549 <pre>
2550 struct FixedTable
2551 {
2552   uint32_t buckets[Header.bucket_count];  // An array of hash indexes into the "hashes[]" array below
2553   uint32_t hashes [Header.hashes_count];  // Every unique 32 bit hash for the entire table is in this table
2554   uint32_t offsets[Header.hashes_count];  // An offset that corresponds to each item in the "hashes[]" array above
2555 };
2556 </pre>
2557 </div>
2558 <p>"buckets" is an array of 32 bit indexes into the "hashes" array. The
2559   "hashes" array contains all of the 32 bit hash values for all names in the
2560   hash table. Each hash in the "hashes" table has an offset in the "offsets"
2561   array that points to the data for the hash value.</p>
2562
2563 <p>This table setup makes it very easy to repurpose these tables to contain
2564   different data, while keeping the lookup mechanism the same for all tables.
2565   This layout also makes it possible to save the table to disk and map it in
2566   later and do very efficient name lookups with little or no parsing.</p>
2567
2568 <p>DWARF lookup tables can be implemented in a variety of ways and can store
2569   a lot of information for each name. We want to make the DWARF tables
2570   extensible and able to store the data efficiently so we have used some of the
2571   DWARF features that enable efficient data storage to define exactly what kind
2572   of data we store for each name.</p>
2573
2574 <p>The "HeaderData" contains a definition of the contents of each HashData
2575   chunk. We might want to store an offset to all of the debug information
2576   entries (DIEs) for each name. To keep things extensible, we create a list of
2577   items, or Atoms, that are contained in the data for each name. First comes the
2578   type of the data in each atom:</p>
2579 <div class="doc_code">
2580 <pre>
2581 enum AtomType
2582 {
2583   eAtomTypeNULL       = 0u,
2584   eAtomTypeDIEOffset  = 1u,   // DIE offset, check form for encoding
2585   eAtomTypeCUOffset   = 2u,   // DIE offset of the compiler unit header that contains the item in question
2586   eAtomTypeTag        = 3u,   // DW_TAG_xxx value, should be encoded as DW_FORM_data1 (if no tags exceed 255) or DW_FORM_data2
2587   eAtomTypeNameFlags  = 4u,   // Flags from enum NameFlags
2588   eAtomTypeTypeFlags  = 5u,   // Flags from enum TypeFlags
2589 };
2590 </pre>
2591 </div>
2592 <p>The enumeration values and their meanings are:</p>
2593 <div class="doc_code">
2594 <pre>
2595   eAtomTypeNULL       - a termination atom that specifies the end of the atom list
2596   eAtomTypeDIEOffset  - an offset into the .debug_info section for the DWARF DIE for this name
2597   eAtomTypeCUOffset   - an offset into the .debug_info section for the CU that contains the DIE
2598   eAtomTypeDIETag     - The DW_TAG_XXX enumeration value so you don't have to parse the DWARF to see what it is
2599   eAtomTypeNameFlags  - Flags for functions and global variables (isFunction, isInlined, isExternal...)
2600   eAtomTypeTypeFlags  - Flags for types (isCXXClass, isObjCClass, ...)
2601 </pre>
2602 </div>
2603 <p>Then we allow each atom type to define the atom type and how the data for
2604   each atom type data is encoded:</p>
2605 <div class="doc_code">
2606 <pre>
2607 struct Atom
2608 {
2609   uint16_t type;  // AtomType enum value
2610   uint16_t form;  // DWARF DW_FORM_XXX defines
2611 };
2612 </pre>
2613 </div>
2614 <p>The "form" type above is from the DWARF specification and defines the
2615   exact encoding of the data for the Atom type. See the DWARF specification for
2616   the DW_FORM_ definitions.</p>
2617 <div class="doc_code">
2618 <pre>
2619 struct HeaderData
2620 {
2621   uint32_t die_offset_base;
2622   uint32_t atom_count;
2623   Atoms    atoms[atom_count0];
2624 };
2625 </pre>
2626 </div>
2627 <p>"HeaderData" defines the base DIE offset that should be added to any atoms
2628   that are encoded using the DW_FORM_ref1, DW_FORM_ref2, DW_FORM_ref4,
2629   DW_FORM_ref8 or DW_FORM_ref_udata. It also defines what is contained in
2630   each "HashData" object -- Atom.form tells us how large each field will be in
2631   the HashData and the Atom.type tells us how this data should be interpreted.</p>
2632
2633 <p>For the current implementations of the ".apple_names" (all functions + globals),
2634   the ".apple_types" (names of all types that are defined), and the
2635   ".apple_namespaces" (all namespaces), we currently set the Atom array to be:</p>
2636 <div class="doc_code">
2637 <pre>
2638 HeaderData.atom_count = 1;
2639 HeaderData.atoms[0].type = eAtomTypeDIEOffset;
2640 HeaderData.atoms[0].form = DW_FORM_data4;
2641 </pre>
2642 </div>
2643 <p>This defines the contents to be the DIE offset (eAtomTypeDIEOffset) that is
2644   encoded as a 32 bit value (DW_FORM_data4). This allows a single name to have
2645   multiple matching DIEs in a single file, which could come up with an inlined
2646   function for instance. Future tables could include more information about the
2647   DIE such as flags indicating if the DIE is a function, method, block,
2648   or inlined.</p>
2649
2650 <p>The KeyType for the DWARF table is a 32 bit string table offset into the
2651   ".debug_str" table. The ".debug_str" is the string table for the DWARF which
2652   may already contain copies of all of the strings. This helps make sure, with
2653   help from the compiler, that we reuse the strings between all of the DWARF
2654   sections and keeps the hash table size down. Another benefit to having the
2655   compiler generate all strings as DW_FORM_strp in the debug info, is that
2656   DWARF parsing can be made much faster.</p>
2657
2658 <p>After a lookup is made, we get an offset into the hash data. The hash data
2659   needs to be able to deal with 32 bit hash collisions, so the chunk of data
2660   at the offset in the hash data consists of a triple:</p>
2661 <div class="doc_code">
2662 <pre>
2663 uint32_t str_offset
2664 uint32_t hash_data_count
2665 HashData[hash_data_count]
2666 </pre>
2667 </div>
2668 <p>If "str_offset" is zero, then the bucket contents are done. 99.9% of the
2669   hash data chunks contain a single item (no 32 bit hash collision):</p>
2670 <div class="doc_code">
2671 <pre>
2672 .------------.
2673 | 0x00001023 | uint32_t KeyType (.debug_str[0x0001023] => "main")
2674 | 0x00000004 | uint32_t HashData count
2675 | 0x........ | uint32_t HashData[0] DIE offset
2676 | 0x........ | uint32_t HashData[1] DIE offset
2677 | 0x........ | uint32_t HashData[2] DIE offset
2678 | 0x........ | uint32_t HashData[3] DIE offset
2679 | 0x00000000 | uint32_t KeyType (end of hash chain)
2680 `------------'
2681 </pre>
2682 </div>
2683 <p>If there are collisions, you will have multiple valid string offsets:</p>
2684 <div class="doc_code">
2685 <pre>
2686 .------------.
2687 | 0x00001023 | uint32_t KeyType (.debug_str[0x0001023] => "main")
2688 | 0x00000004 | uint32_t HashData count
2689 | 0x........ | uint32_t HashData[0] DIE offset
2690 | 0x........ | uint32_t HashData[1] DIE offset
2691 | 0x........ | uint32_t HashData[2] DIE offset
2692 | 0x........ | uint32_t HashData[3] DIE offset
2693 | 0x00002023 | uint32_t KeyType (.debug_str[0x0002023] => "print")
2694 | 0x00000002 | uint32_t HashData count
2695 | 0x........ | uint32_t HashData[0] DIE offset
2696 | 0x........ | uint32_t HashData[1] DIE offset
2697 | 0x00000000 | uint32_t KeyType (end of hash chain)
2698 `------------'
2699 </pre>
2700 </div>
2701 <p>Current testing with real world C++ binaries has shown that there is around 1
2702   32 bit hash collision per 100,000 name entries.</p>
2703 </div>
2704 <!-- ======================================================================= -->
2705 <h4>
2706   <a name="acceltablecontents">Contents</a>
2707 </h4>
2708 <!-- ======================================================================= -->
2709 <div>
2710 <p>As we said, we want to strictly define exactly what is included in the
2711   different tables. For DWARF, we have 3 tables: ".apple_names", ".apple_types",
2712   and ".apple_namespaces".</p>
2713
2714 <p>".apple_names" sections should contain an entry for each DWARF DIE whose
2715   DW_TAG is a DW_TAG_label, DW_TAG_inlined_subroutine, or DW_TAG_subprogram that
2716   has address attributes: DW_AT_low_pc, DW_AT_high_pc, DW_AT_ranges or
2717   DW_AT_entry_pc. It also contains DW_TAG_variable DIEs that have a DW_OP_addr
2718   in the location (global and static variables). All global and static variables
2719   should be included, including those scoped withing functions and classes. For
2720   example using the following code:</p>
2721 <div class="doc_code">
2722 <pre>
2723 static int var = 0;
2724
2725 void f ()
2726 {
2727   static int var = 0;
2728 }
2729 </pre>
2730 </div>
2731 <p>Both of the static "var" variables would be included in the table. All
2732   functions should emit both their full names and their basenames. For C or C++,
2733   the full name is the mangled name (if available) which is usually in the
2734   DW_AT_MIPS_linkage_name attribute, and the DW_AT_name contains the function
2735   basename. If global or static variables have a mangled name in a
2736   DW_AT_MIPS_linkage_name attribute, this should be emitted along with the
2737   simple name found in the DW_AT_name attribute.</p>
2738
2739 <p>".apple_types" sections should contain an entry for each DWARF DIE whose
2740   tag is one of:</p>
2741 <ul>
2742   <li>DW_TAG_array_type</li>
2743   <li>DW_TAG_class_type</li>
2744   <li>DW_TAG_enumeration_type</li>
2745   <li>DW_TAG_pointer_type</li>
2746   <li>DW_TAG_reference_type</li>
2747   <li>DW_TAG_string_type</li>
2748   <li>DW_TAG_structure_type</li>
2749   <li>DW_TAG_subroutine_type</li>
2750   <li>DW_TAG_typedef</li>
2751   <li>DW_TAG_union_type</li>
2752   <li>DW_TAG_ptr_to_member_type</li>
2753   <li>DW_TAG_set_type</li>
2754   <li>DW_TAG_subrange_type</li>
2755   <li>DW_TAG_base_type</li>
2756   <li>DW_TAG_const_type</li>
2757   <li>DW_TAG_constant</li>
2758   <li>DW_TAG_file_type</li>
2759   <li>DW_TAG_namelist</li>
2760   <li>DW_TAG_packed_type</li>
2761   <li>DW_TAG_volatile_type</li>
2762   <li>DW_TAG_restrict_type</li>
2763   <li>DW_TAG_interface_type</li>
2764   <li>DW_TAG_unspecified_type</li>
2765   <li>DW_TAG_shared_type</li>
2766 </ul>
2767 <p>Only entries with a DW_AT_name attribute are included, and the entry must
2768   not be a forward declaration (DW_AT_declaration attribute with a non-zero value).
2769   For example, using the following code:</p>
2770 <div class="doc_code">
2771 <pre>
2772 int main ()
2773 {
2774   int *b = 0;
2775   return *b;
2776 }
2777 </pre>
2778 </div>
2779 <p>We get a few type DIEs:</p>
2780 <div class="doc_code">
2781 <pre>
2782 0x00000067:     TAG_base_type [5]
2783                 AT_encoding( DW_ATE_signed )
2784                 AT_name( "int" )
2785                 AT_byte_size( 0x04 )
2786
2787 0x0000006e:     TAG_pointer_type [6]
2788                 AT_type( {0x00000067} ( int ) )
2789                 AT_byte_size( 0x08 )
2790 </pre>
2791 </div>
2792 <p>The DW_TAG_pointer_type is not included because it does not have a DW_AT_name.</p>
2793
2794 <p>".apple_namespaces" section should contain all DW_TAG_namespace DIEs. If
2795   we run into a namespace that has no name this is an anonymous namespace,
2796   and the name should be output as "(anonymous namespace)" (without the quotes).
2797   Why? This matches the output of the abi::cxa_demangle() that is in the standard
2798   C++ library that demangles mangled names.</p>
2799 </div>
2800
2801 <!-- ======================================================================= -->
2802 <h4>
2803   <a name="acceltableextensions">Language Extensions and File Format Changes</a>
2804 </h4>
2805 <!-- ======================================================================= -->
2806 <div>
2807 <h5>Objective-C Extensions</h5>
2808 <p>".apple_objc" section should contain all DW_TAG_subprogram DIEs for an
2809   Objective-C class. The name used in the hash table is the name of the
2810   Objective-C class itself. If the Objective-C class has a category, then an
2811   entry is made for both the class name without the category, and for the class
2812   name with the category. So if we have a DIE at offset 0x1234 with a name
2813   of method "-[NSString(my_additions) stringWithSpecialString:]", we would add
2814   an entry for "NSString" that points to DIE 0x1234, and an entry for
2815   "NSString(my_additions)" that points to 0x1234. This allows us to quickly
2816   track down all Objective-C methods for an Objective-C class when doing
2817   expressions. It is needed because of the dynamic nature of Objective-C where
2818   anyone can add methods to a class. The DWARF for Objective-C methods is also
2819   emitted differently from C++ classes where the methods are not usually
2820   contained in the class definition, they are scattered about across one or more
2821   compile units. Categories can also be defined in different shared libraries.
2822   So we need to be able to quickly find all of the methods and class functions
2823   given the Objective-C class name, or quickly find all methods and class
2824   functions for a class + category name. This table does not contain any selector
2825   names, it just maps Objective-C class names (or class names + category) to all
2826   of the methods and class functions. The selectors are added as function
2827   basenames in the .debug_names section.</p>
2828
2829 <p>In the ".apple_names" section for Objective-C functions, the full name is the
2830   entire function name with the brackets ("-[NSString stringWithCString:]") and the
2831   basename is the selector only ("stringWithCString:").</p>
2832
2833 <h5>Mach-O Changes</h5>
2834 <p>The sections names for the apple hash tables are for non mach-o files. For
2835   mach-o files, the sections should be contained in the "__DWARF" segment with
2836   names as follows:</p>
2837 <ul>
2838   <li>".apple_names" -> "__apple_names"</li>
2839   <li>".apple_types" -> "__apple_types"</li>
2840   <li>".apple_namespaces" -> "__apple_namespac" (16 character limit)</li>
2841   <li> ".apple_objc" -> "__apple_objc"</li>
2842 </ul>
2843 </div>
2844 </div>
2845 </div>
2846
2847 <!-- *********************************************************************** -->
2848
2849 <hr>
2850 <address>
2851   <a href="http://jigsaw.w3.org/css-validator/check/referer"><img
2852   src="http://jigsaw.w3.org/css-validator/images/vcss-blue" alt="Valid CSS"></a>
2853   <a href="http://validator.w3.org/check/referer"><img
2854   src="http://www.w3.org/Icons/valid-html401-blue" alt="Valid HTML 4.01"></a>
2855
2856   <a href="mailto:sabre@nondot.org">Chris Lattner</a><br>
2857   <a href="http://llvm.org/">LLVM Compiler Infrastructure</a><br>
2858   Last modified: $Date$
2859 </address>
2860
2861 </body>
2862 </html>