55e12d3efa0224ea0540dc0cb53d79ad03a2c26e
[oota-llvm.git] / docs / SourceLevelDebugging.rst
1 ================================
2 Source Level Debugging with LLVM
3 ================================
4
5 .. contents::
6    :local:
7
8 Introduction
9 ============
10
11 This document is the central repository for all information pertaining to debug
12 information in LLVM.  It describes the :ref:`actual format that the LLVM debug
13 information takes <format>`, which is useful for those interested in creating
14 front-ends or dealing directly with the information.  Further, this document
15 provides specific examples of what debug information for C/C++ looks like.
16
17 Philosophy behind LLVM debugging information
18 --------------------------------------------
19
20 The idea of the LLVM debugging information is to capture how the important
21 pieces of the source-language's Abstract Syntax Tree map onto LLVM code.
22 Several design aspects have shaped the solution that appears here.  The
23 important ones are:
24
25 * Debugging information should have very little impact on the rest of the
26   compiler.  No transformations, analyses, or code generators should need to
27   be modified because of debugging information.
28
29 * LLVM optimizations should interact in :ref:`well-defined and easily described
30   ways <intro_debugopt>` with the debugging information.
31
32 * Because LLVM is designed to support arbitrary programming languages,
33   LLVM-to-LLVM tools should not need to know anything about the semantics of
34   the source-level-language.
35
36 * Source-level languages are often **widely** different from one another.
37   LLVM should not put any restrictions of the flavor of the source-language,
38   and the debugging information should work with any language.
39
40 * With code generator support, it should be possible to use an LLVM compiler
41   to compile a program to native machine code and standard debugging
42   formats.  This allows compatibility with traditional machine-code level
43   debuggers, like GDB or DBX.
44
45 The approach used by the LLVM implementation is to use a small set of
46 :ref:`intrinsic functions <format_common_intrinsics>` to define a mapping
47 between LLVM program objects and the source-level objects.  The description of
48 the source-level program is maintained in LLVM metadata in an
49 :ref:`implementation-defined format <ccxx_frontend>` (the C/C++ front-end
50 currently uses working draft 7 of the `DWARF 3 standard
51 <http://www.eagercon.com/dwarf/dwarf3std.htm>`_).
52
53 When a program is being debugged, a debugger interacts with the user and turns
54 the stored debug information into source-language specific information.  As
55 such, a debugger must be aware of the source-language, and is thus tied to a
56 specific language or family of languages.
57
58 Debug information consumers
59 ---------------------------
60
61 The role of debug information is to provide meta information normally stripped
62 away during the compilation process.  This meta information provides an LLVM
63 user a relationship between generated code and the original program source
64 code.
65
66 Currently, debug information is consumed by DwarfDebug to produce dwarf
67 information used by the gdb debugger.  Other targets could use the same
68 information to produce stabs or other debug forms.
69
70 It would also be reasonable to use debug information to feed profiling tools
71 for analysis of generated code, or, tools for reconstructing the original
72 source from generated code.
73
74 TODO - expound a bit more.
75
76 .. _intro_debugopt:
77
78 Debugging optimized code
79 ------------------------
80
81 An extremely high priority of LLVM debugging information is to make it interact
82 well with optimizations and analysis.  In particular, the LLVM debug
83 information provides the following guarantees:
84
85 * LLVM debug information **always provides information to accurately read
86   the source-level state of the program**, regardless of which LLVM
87   optimizations have been run, and without any modification to the
88   optimizations themselves.  However, some optimizations may impact the
89   ability to modify the current state of the program with a debugger, such
90   as setting program variables, or calling functions that have been
91   deleted.
92
93 * As desired, LLVM optimizations can be upgraded to be aware of the LLVM
94   debugging information, allowing them to update the debugging information
95   as they perform aggressive optimizations.  This means that, with effort,
96   the LLVM optimizers could optimize debug code just as well as non-debug
97   code.
98
99 * LLVM debug information does not prevent optimizations from
100   happening (for example inlining, basic block reordering/merging/cleanup,
101   tail duplication, etc).
102
103 * LLVM debug information is automatically optimized along with the rest of
104   the program, using existing facilities.  For example, duplicate
105   information is automatically merged by the linker, and unused information
106   is automatically removed.
107
108 Basically, the debug information allows you to compile a program with
109 "``-O0 -g``" and get full debug information, allowing you to arbitrarily modify
110 the program as it executes from a debugger.  Compiling a program with
111 "``-O3 -g``" gives you full debug information that is always available and
112 accurate for reading (e.g., you get accurate stack traces despite tail call
113 elimination and inlining), but you might lose the ability to modify the program
114 and call functions where were optimized out of the program, or inlined away
115 completely.
116
117 :ref:`LLVM test suite <test-suite-quickstart>` provides a framework to test
118 optimizer's handling of debugging information.  It can be run like this:
119
120 .. code-block:: bash
121
122   % cd llvm/projects/test-suite/MultiSource/Benchmarks  # or some other level
123   % make TEST=dbgopt
124
125 This will test impact of debugging information on optimization passes.  If
126 debugging information influences optimization passes then it will be reported
127 as a failure.  See :doc:`TestingGuide` for more information on LLVM test
128 infrastructure and how to run various tests.
129
130 .. _format:
131
132 Debugging information format
133 ============================
134
135 LLVM debugging information has been carefully designed to make it possible for
136 the optimizer to optimize the program and debugging information without
137 necessarily having to know anything about debugging information.  In
138 particular, the use of metadata avoids duplicated debugging information from
139 the beginning, and the global dead code elimination pass automatically deletes
140 debugging information for a function if it decides to delete the function.
141
142 To do this, most of the debugging information (descriptors for types,
143 variables, functions, source files, etc) is inserted by the language front-end
144 in the form of LLVM metadata.
145
146 Debug information is designed to be agnostic about the target debugger and
147 debugging information representation (e.g. DWARF/Stabs/etc).  It uses a generic
148 pass to decode the information that represents variables, types, functions,
149 namespaces, etc: this allows for arbitrary source-language semantics and
150 type-systems to be used, as long as there is a module written for the target
151 debugger to interpret the information.
152
153 To provide basic functionality, the LLVM debugger does have to make some
154 assumptions about the source-level language being debugged, though it keeps
155 these to a minimum.  The only common features that the LLVM debugger assumes
156 exist are `source files <LangRef.html#MDFile>`_, and `program objects
157 <LangRef.html#MDGlobalVariable>`_.  These abstract objects are used by a
158 debugger to form stack traces, show information about local variables, etc.
159
160 This section of the documentation first describes the representation aspects
161 common to any source-language.  :ref:`ccxx_frontend` describes the data layout
162 conventions used by the C and C++ front-ends.
163
164 Debug information descriptors are `specialized metadata nodes
165 <LangRef.html#specialized-metadata>`_, first-class subclasses of ``Metadata``.
166
167 .. _format_common_intrinsics:
168
169 Debugger intrinsic functions
170 ----------------------------
171
172 LLVM uses several intrinsic functions (name prefixed with "``llvm.dbg``") to
173 provide debug information at various points in generated code.
174
175 ``llvm.dbg.declare``
176 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
177
178 .. code-block:: llvm
179
180   void %llvm.dbg.declare(metadata, metadata, metadata)
181
182 This intrinsic provides information about a local element (e.g., variable).
183 The first argument is metadata holding the alloca for the variable.  The second
184 argument is a `local variable <LangRef.html#MDLocalVariable>`_ containing a
185 description of the variable.  The third argument is a `complex expression
186 <LangRef.html#MDExpression>`_.
187
188 ``llvm.dbg.value``
189 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
190
191 .. code-block:: llvm
192
193   void %llvm.dbg.value(metadata, i64, metadata, metadata)
194
195 This intrinsic provides information when a user source variable is set to a new
196 value.  The first argument is the new value (wrapped as metadata).  The second
197 argument is the offset in the user source variable where the new value is
198 written.  The third argument is a `local variable
199 <LangRef.html#MDLocalVariable>`_ containing a description of the variable.  The
200 third argument is a `complex expression <LangRef.html#MDExpression>`_.
201
202 Object lifetimes and scoping
203 ============================
204
205 In many languages, the local variables in functions can have their lifetimes or
206 scopes limited to a subset of a function.  In the C family of languages, for
207 example, variables are only live (readable and writable) within the source
208 block that they are defined in.  In functional languages, values are only
209 readable after they have been defined.  Though this is a very obvious concept,
210 it is non-trivial to model in LLVM, because it has no notion of scoping in this
211 sense, and does not want to be tied to a language's scoping rules.
212
213 In order to handle this, the LLVM debug format uses the metadata attached to
214 llvm instructions to encode line number and scoping information.  Consider the
215 following C fragment, for example:
216
217 .. code-block:: c
218
219   1.  void foo() {
220   2.    int X = 21;
221   3.    int Y = 22;
222   4.    {
223   5.      int Z = 23;
224   6.      Z = X;
225   7.    }
226   8.    X = Y;
227   9.  }
228
229 Compiled to LLVM, this function would be represented like this:
230
231 .. code-block:: llvm
232
233   ; Function Attrs: nounwind ssp uwtable
234   define void @foo() #0 {
235   entry:
236     %X = alloca i32, align 4
237     %Y = alloca i32, align 4
238     %Z = alloca i32, align 4
239     call void @llvm.dbg.declare(metadata i32* %X, metadata !11, metadata !13), !dbg !14
240     store i32 21, i32* %X, align 4, !dbg !14
241     call void @llvm.dbg.declare(metadata i32* %Y, metadata !15, metadata !13), !dbg !16
242     store i32 22, i32* %Y, align 4, !dbg !16
243     call void @llvm.dbg.declare(metadata i32* %Z, metadata !17, metadata !13), !dbg !19
244     store i32 23, i32* %Z, align 4, !dbg !19
245     %0 = load i32, i32* %X, align 4, !dbg !20
246     store i32 %0, i32* %Z, align 4, !dbg !21
247     %1 = load i32, i32* %Y, align 4, !dbg !22
248     store i32 %1, i32* %X, align 4, !dbg !23
249     ret void, !dbg !24
250   }
251
252   ; Function Attrs: nounwind readnone
253   declare void @llvm.dbg.declare(metadata, metadata, metadata) #1
254
255   attributes #0 = { nounwind ssp uwtable "less-precise-fpmad"="false" "no-frame-pointer-elim"="true" "no-frame-pointer-elim-non-leaf" "no-infs-fp-math"="false" "no-nans-fp-math"="false" "stack-protector-buffer-size"="8" "unsafe-fp-math"="false" "use-soft-float"="false" }
256   attributes #1 = { nounwind readnone }
257
258   !llvm.dbg.cu = !{!0}
259   !llvm.module.flags = !{!7, !8, !9}
260   !llvm.ident = !{!10}
261
262   !0 = !MDCompileUnit(language: DW_LANG_C99, file: !1, producer: "clang version 3.7.0 (trunk 231150) (llvm/trunk 231154)", isOptimized: false, runtimeVersion: 0, emissionKind: 1, enums: !2, retainedTypes: !2, subprograms: !3, globals: !2, imports: !2)
263   !1 = !MDFile(filename: "/dev/stdin", directory: "/Users/dexonsmith/data/llvm/debug-info")
264   !2 = !{}
265   !3 = !{!4}
266   !4 = !MDSubprogram(name: "foo", scope: !1, file: !1, line: 1, type: !5, isLocal: false, isDefinition: true, scopeLine: 1, isOptimized: false, function: void ()* @foo, variables: !2)
267   !5 = !MDSubroutineType(types: !6)
268   !6 = !{null}
269   !7 = !{i32 2, !"Dwarf Version", i32 2}
270   !8 = !{i32 2, !"Debug Info Version", i32 3}
271   !9 = !{i32 1, !"PIC Level", i32 2}
272   !10 = !{!"clang version 3.7.0 (trunk 231150) (llvm/trunk 231154)"}
273   !11 = !MDLocalVariable(tag: DW_TAG_auto_variable, name: "X", scope: !4, file: !1, line: 2, type: !12)
274   !12 = !MDBasicType(name: "int", size: 32, align: 32, encoding: DW_ATE_signed)
275   !13 = !MDExpression()
276   !14 = !MDLocation(line: 2, column: 9, scope: !4)
277   !15 = !MDLocalVariable(tag: DW_TAG_auto_variable, name: "Y", scope: !4, file: !1, line: 3, type: !12)
278   !16 = !MDLocation(line: 3, column: 9, scope: !4)
279   !17 = !MDLocalVariable(tag: DW_TAG_auto_variable, name: "Z", scope: !18, file: !1, line: 5, type: !12)
280   !18 = distinct !MDLexicalBlock(scope: !4, file: !1, line: 4, column: 5)
281   !19 = !MDLocation(line: 5, column: 11, scope: !18)
282   !20 = !MDLocation(line: 6, column: 11, scope: !18)
283   !21 = !MDLocation(line: 6, column: 9, scope: !18)
284   !22 = !MDLocation(line: 8, column: 9, scope: !4)
285   !23 = !MDLocation(line: 8, column: 7, scope: !4)
286   !24 = !MDLocation(line: 9, column: 3, scope: !4)
287
288
289 This example illustrates a few important details about LLVM debugging
290 information.  In particular, it shows how the ``llvm.dbg.declare`` intrinsic and
291 location information, which are attached to an instruction, are applied
292 together to allow a debugger to analyze the relationship between statements,
293 variable definitions, and the code used to implement the function.
294
295 .. code-block:: llvm
296
297   call void @llvm.dbg.declare(metadata i32* %X, metadata !11, metadata !13), !dbg !14
298     ; [debug line = 2:7] [debug variable = X]
299
300 The first intrinsic ``%llvm.dbg.declare`` encodes debugging information for the
301 variable ``X``.  The metadata ``!dbg !14`` attached to the intrinsic provides
302 scope information for the variable ``X``.
303
304 .. code-block:: llvm
305
306   !14 = !MDLocation(line: 2, column: 9, scope: !4)
307   !4 = !MDSubprogram(name: "foo", scope: !1, file: !1, line: 1, type: !5,
308                      isLocal: false, isDefinition: true, scopeLine: 1,
309                      isOptimized: false, function: void ()* @foo,
310                      variables: !2)
311
312 Here ``!14`` is metadata providing `location information
313 <LangRef.html#MDLocation>`_.  In this example, scope is encoded by ``!4``, a
314 `subprogram descriptor <LangRef.html#MDSubprogram>`_.  This way the location
315 information attached to the intrinsics indicates that the variable ``X`` is
316 declared at line number 2 at a function level scope in function ``foo``.
317
318 Now lets take another example.
319
320 .. code-block:: llvm
321
322   call void @llvm.dbg.declare(metadata i32* %Z, metadata !17, metadata !13), !dbg !19
323     ; [debug line = 5:9] [debug variable = Z]
324
325 The third intrinsic ``%llvm.dbg.declare`` encodes debugging information for
326 variable ``Z``.  The metadata ``!dbg !19`` attached to the intrinsic provides
327 scope information for the variable ``Z``.
328
329 .. code-block:: llvm
330
331   !18 = distinct !MDLexicalBlock(scope: !4, file: !1, line: 4, column: 5)
332   !19 = !MDLocation(line: 5, column: 11, scope: !18)
333
334 Here ``!19`` indicates that ``Z`` is declared at line number 5 and column
335 number 0 inside of lexical scope ``!18``.  The lexical scope itself resides
336 inside of subprogram ``!4`` described above.
337
338 The scope information attached with each instruction provides a straightforward
339 way to find instructions covered by a scope.
340
341 .. _ccxx_frontend:
342
343 C/C++ front-end specific debug information
344 ==========================================
345
346 The C and C++ front-ends represent information about the program in a format
347 that is effectively identical to `DWARF 3.0
348 <http://www.eagercon.com/dwarf/dwarf3std.htm>`_ in terms of information
349 content.  This allows code generators to trivially support native debuggers by
350 generating standard dwarf information, and contains enough information for
351 non-dwarf targets to translate it as needed.
352
353 This section describes the forms used to represent C and C++ programs.  Other
354 languages could pattern themselves after this (which itself is tuned to
355 representing programs in the same way that DWARF 3 does), or they could choose
356 to provide completely different forms if they don't fit into the DWARF model.
357 As support for debugging information gets added to the various LLVM
358 source-language front-ends, the information used should be documented here.
359
360 The following sections provide examples of a few C/C++ constructs and the debug
361 information that would best describe those constructs.  The canonical
362 references are the ``DIDescriptor`` classes defined in
363 ``include/llvm/IR/DebugInfo.h`` and the implementations of the helper functions
364 in ``lib/IR/DIBuilder.cpp``.
365
366 C/C++ source file information
367 -----------------------------
368
369 ``llvm::Instruction`` provides easy access to metadata attached with an
370 instruction.  One can extract line number information encoded in LLVM IR using
371 ``Instruction::getMetadata()`` and ``DILocation::getLineNumber()``.
372
373 .. code-block:: c++
374
375   if (MDNode *N = I->getMetadata("dbg")) {  // Here I is an LLVM instruction
376     DILocation Loc(N);                      // DILocation is in DebugInfo.h
377     unsigned Line = Loc.getLineNumber();
378     StringRef File = Loc.getFilename();
379     StringRef Dir = Loc.getDirectory();
380   }
381
382 C/C++ global variable information
383 ---------------------------------
384
385 Given an integer global variable declared as follows:
386
387 .. code-block:: c
388
389   int MyGlobal = 100;
390
391 a C/C++ front-end would generate the following descriptors:
392
393 .. code-block:: llvm
394
395   ;;
396   ;; Define the global itself.
397   ;;
398   @MyGlobal = global i32 100, align 4
399
400   ;;
401   ;; List of debug info of globals
402   ;;
403   !llvm.dbg.cu = !{!0}
404
405   ;; Some unrelated metadata.
406   !llvm.module.flags = !{!6, !7}
407
408   ;; Define the compile unit.
409   !0 = !MDCompileUnit(language: DW_LANG_C99, file: !1,
410                       producer:
411                       "clang version 3.7.0 (trunk 231150) (llvm/trunk 231154)",
412                       isOptimized: false, runtimeVersion: 0, emissionKind: 1,
413                       enums: !2, retainedTypes: !2, subprograms: !2, globals:
414                       !3, imports: !2)
415
416   ;;
417   ;; Define the file
418   ;;
419   !1 = !MDFile(filename: "/dev/stdin",
420                directory: "/Users/dexonsmith/data/llvm/debug-info")
421
422   ;; An empty array.
423   !2 = !{}
424
425   ;; The Array of Global Variables
426   !3 = !{!4}
427
428   ;;
429   ;; Define the global variable itself.
430   ;;
431   !4 = !MDGlobalVariable(name: "MyGlobal", scope: !0, file: !1, line: 1,
432                          type: !5, isLocal: false, isDefinition: true,
433                          variable: i32* @MyGlobal)
434
435   ;;
436   ;; Define the type
437   ;;
438   !5 = !MDBasicType(name: "int", size: 32, align: 32, encoding: DW_ATE_signed)
439
440   ;; Dwarf version to output.
441   !6 = !{i32 2, !"Dwarf Version", i32 2}
442
443   ;; Debug info schema version.
444   !7 = !{i32 2, !"Debug Info Version", i32 3}
445
446 C/C++ function information
447 --------------------------
448
449 Given a function declared as follows:
450
451 .. code-block:: c
452
453   int main(int argc, char *argv[]) {
454     return 0;
455   }
456
457 a C/C++ front-end would generate the following descriptors:
458
459 .. code-block:: llvm
460
461   ;;
462   ;; Define the anchor for subprograms.
463   ;;
464   !4 = !MDSubprogram(name: "main", scope: !1, file: !1, line: 1, type: !5,
465                      isLocal: false, isDefinition: true, scopeLine: 1,
466                      flags: DIFlagPrototyped, isOptimized: false,
467                      function: i32 (i32, i8**)* @main, variables: !2)
468
469   ;;
470   ;; Define the subprogram itself.
471   ;;
472   define i32 @main(i32 %argc, i8** %argv) {
473   ...
474   }
475
476 Debugging information format
477 ============================
478
479 Debugging Information Extension for Objective C Properties
480 ----------------------------------------------------------
481
482 Introduction
483 ^^^^^^^^^^^^
484
485 Objective C provides a simpler way to declare and define accessor methods using
486 declared properties.  The language provides features to declare a property and
487 to let compiler synthesize accessor methods.
488
489 The debugger lets developer inspect Objective C interfaces and their instance
490 variables and class variables.  However, the debugger does not know anything
491 about the properties defined in Objective C interfaces.  The debugger consumes
492 information generated by compiler in DWARF format.  The format does not support
493 encoding of Objective C properties.  This proposal describes DWARF extensions to
494 encode Objective C properties, which the debugger can use to let developers
495 inspect Objective C properties.
496
497 Proposal
498 ^^^^^^^^
499
500 Objective C properties exist separately from class members.  A property can be
501 defined only by "setter" and "getter" selectors, and be calculated anew on each
502 access.  Or a property can just be a direct access to some declared ivar.
503 Finally it can have an ivar "automatically synthesized" for it by the compiler,
504 in which case the property can be referred to in user code directly using the
505 standard C dereference syntax as well as through the property "dot" syntax, but
506 there is no entry in the ``@interface`` declaration corresponding to this ivar.
507
508 To facilitate debugging, these properties we will add a new DWARF TAG into the
509 ``DW_TAG_structure_type`` definition for the class to hold the description of a
510 given property, and a set of DWARF attributes that provide said description.
511 The property tag will also contain the name and declared type of the property.
512
513 If there is a related ivar, there will also be a DWARF property attribute placed
514 in the ``DW_TAG_member`` DIE for that ivar referring back to the property TAG
515 for that property.  And in the case where the compiler synthesizes the ivar
516 directly, the compiler is expected to generate a ``DW_TAG_member`` for that
517 ivar (with the ``DW_AT_artificial`` set to 1), whose name will be the name used
518 to access this ivar directly in code, and with the property attribute pointing
519 back to the property it is backing.
520
521 The following examples will serve as illustration for our discussion:
522
523 .. code-block:: objc
524
525   @interface I1 {
526     int n2;
527   }
528
529   @property int p1;
530   @property int p2;
531   @end
532
533   @implementation I1
534   @synthesize p1;
535   @synthesize p2 = n2;
536   @end
537
538 This produces the following DWARF (this is a "pseudo dwarfdump" output):
539
540 .. code-block:: none
541
542   0x00000100:  TAG_structure_type [7] *
543                  AT_APPLE_runtime_class( 0x10 )
544                  AT_name( "I1" )
545                  AT_decl_file( "Objc_Property.m" )
546                  AT_decl_line( 3 )
547
548   0x00000110    TAG_APPLE_property
549                   AT_name ( "p1" )
550                   AT_type ( {0x00000150} ( int ) )
551
552   0x00000120:   TAG_APPLE_property
553                   AT_name ( "p2" )
554                   AT_type ( {0x00000150} ( int ) )
555
556   0x00000130:   TAG_member [8]
557                   AT_name( "_p1" )
558                   AT_APPLE_property ( {0x00000110} "p1" )
559                   AT_type( {0x00000150} ( int ) )
560                   AT_artificial ( 0x1 )
561
562   0x00000140:    TAG_member [8]
563                    AT_name( "n2" )
564                    AT_APPLE_property ( {0x00000120} "p2" )
565                    AT_type( {0x00000150} ( int ) )
566
567   0x00000150:  AT_type( ( int ) )
568
569 Note, the current convention is that the name of the ivar for an
570 auto-synthesized property is the name of the property from which it derives
571 with an underscore prepended, as is shown in the example.  But we actually
572 don't need to know this convention, since we are given the name of the ivar
573 directly.
574
575 Also, it is common practice in ObjC to have different property declarations in
576 the @interface and @implementation - e.g. to provide a read-only property in
577 the interface,and a read-write interface in the implementation.  In that case,
578 the compiler should emit whichever property declaration will be in force in the
579 current translation unit.
580
581 Developers can decorate a property with attributes which are encoded using
582 ``DW_AT_APPLE_property_attribute``.
583
584 .. code-block:: objc
585
586   @property (readonly, nonatomic) int pr;
587
588 .. code-block:: none
589
590   TAG_APPLE_property [8]
591     AT_name( "pr" )
592     AT_type ( {0x00000147} (int) )
593     AT_APPLE_property_attribute (DW_APPLE_PROPERTY_readonly, DW_APPLE_PROPERTY_nonatomic)
594
595 The setter and getter method names are attached to the property using
596 ``DW_AT_APPLE_property_setter`` and ``DW_AT_APPLE_property_getter`` attributes.
597
598 .. code-block:: objc
599
600   @interface I1
601   @property (setter=myOwnP3Setter:) int p3;
602   -(void)myOwnP3Setter:(int)a;
603   @end
604
605   @implementation I1
606   @synthesize p3;
607   -(void)myOwnP3Setter:(int)a{ }
608   @end
609
610 The DWARF for this would be:
611
612 .. code-block:: none
613
614   0x000003bd: TAG_structure_type [7] *
615                 AT_APPLE_runtime_class( 0x10 )
616                 AT_name( "I1" )
617                 AT_decl_file( "Objc_Property.m" )
618                 AT_decl_line( 3 )
619
620   0x000003cd      TAG_APPLE_property
621                     AT_name ( "p3" )
622                     AT_APPLE_property_setter ( "myOwnP3Setter:" )
623                     AT_type( {0x00000147} ( int ) )
624
625   0x000003f3:     TAG_member [8]
626                     AT_name( "_p3" )
627                     AT_type ( {0x00000147} ( int ) )
628                     AT_APPLE_property ( {0x000003cd} )
629                     AT_artificial ( 0x1 )
630
631 New DWARF Tags
632 ^^^^^^^^^^^^^^
633
634 +-----------------------+--------+
635 | TAG                   | Value  |
636 +=======================+========+
637 | DW_TAG_APPLE_property | 0x4200 |
638 +-----------------------+--------+
639
640 New DWARF Attributes
641 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
642
643 +--------------------------------+--------+-----------+
644 | Attribute                      | Value  | Classes   |
645 +================================+========+===========+
646 | DW_AT_APPLE_property           | 0x3fed | Reference |
647 +--------------------------------+--------+-----------+
648 | DW_AT_APPLE_property_getter    | 0x3fe9 | String    |
649 +--------------------------------+--------+-----------+
650 | DW_AT_APPLE_property_setter    | 0x3fea | String    |
651 +--------------------------------+--------+-----------+
652 | DW_AT_APPLE_property_attribute | 0x3feb | Constant  |
653 +--------------------------------+--------+-----------+
654
655 New DWARF Constants
656 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
657
658 +--------------------------------------+-------+
659 | Name                                 | Value |
660 +======================================+=======+
661 | DW_APPLE_PROPERTY_readonly           | 0x01  |
662 +--------------------------------------+-------+
663 | DW_APPLE_PROPERTY_getter             | 0x02  |
664 +--------------------------------------+-------+
665 | DW_APPLE_PROPERTY_assign             | 0x04  |
666 +--------------------------------------+-------+
667 | DW_APPLE_PROPERTY_readwrite          | 0x08  |
668 +--------------------------------------+-------+
669 | DW_APPLE_PROPERTY_retain             | 0x10  |
670 +--------------------------------------+-------+
671 | DW_APPLE_PROPERTY_copy               | 0x20  |
672 +--------------------------------------+-------+
673 | DW_APPLE_PROPERTY_nonatomic          | 0x40  |
674 +--------------------------------------+-------+
675 | DW_APPLE_PROPERTY_setter             | 0x80  |
676 +--------------------------------------+-------+
677 | DW_APPLE_PROPERTY_atomic             | 0x100 |
678 +--------------------------------------+-------+
679 | DW_APPLE_PROPERTY_weak               | 0x200 |
680 +--------------------------------------+-------+
681 | DW_APPLE_PROPERTY_strong             | 0x400 |
682 +--------------------------------------+-------+
683 | DW_APPLE_PROPERTY_unsafe_unretained  | 0x800 |
684 +--------------------------------+-----+-------+
685
686 Name Accelerator Tables
687 -----------------------
688
689 Introduction
690 ^^^^^^^^^^^^
691
692 The "``.debug_pubnames``" and "``.debug_pubtypes``" formats are not what a
693 debugger needs.  The "``pub``" in the section name indicates that the entries
694 in the table are publicly visible names only.  This means no static or hidden
695 functions show up in the "``.debug_pubnames``".  No static variables or private
696 class variables are in the "``.debug_pubtypes``".  Many compilers add different
697 things to these tables, so we can't rely upon the contents between gcc, icc, or
698 clang.
699
700 The typical query given by users tends not to match up with the contents of
701 these tables.  For example, the DWARF spec states that "In the case of the name
702 of a function member or static data member of a C++ structure, class or union,
703 the name presented in the "``.debug_pubnames``" section is not the simple name
704 given by the ``DW_AT_name attribute`` of the referenced debugging information
705 entry, but rather the fully qualified name of the data or function member."
706 So the only names in these tables for complex C++ entries is a fully
707 qualified name.  Debugger users tend not to enter their search strings as
708 "``a::b::c(int,const Foo&) const``", but rather as "``c``", "``b::c``" , or
709 "``a::b::c``".  So the name entered in the name table must be demangled in
710 order to chop it up appropriately and additional names must be manually entered
711 into the table to make it effective as a name lookup table for debuggers to
712 se.
713
714 All debuggers currently ignore the "``.debug_pubnames``" table as a result of
715 its inconsistent and useless public-only name content making it a waste of
716 space in the object file.  These tables, when they are written to disk, are not
717 sorted in any way, leaving every debugger to do its own parsing and sorting.
718 These tables also include an inlined copy of the string values in the table
719 itself making the tables much larger than they need to be on disk, especially
720 for large C++ programs.
721
722 Can't we just fix the sections by adding all of the names we need to this
723 table? No, because that is not what the tables are defined to contain and we
724 won't know the difference between the old bad tables and the new good tables.
725 At best we could make our own renamed sections that contain all of the data we
726 need.
727
728 These tables are also insufficient for what a debugger like LLDB needs.  LLDB
729 uses clang for its expression parsing where LLDB acts as a PCH.  LLDB is then
730 often asked to look for type "``foo``" or namespace "``bar``", or list items in
731 namespace "``baz``".  Namespaces are not included in the pubnames or pubtypes
732 tables.  Since clang asks a lot of questions when it is parsing an expression,
733 we need to be very fast when looking up names, as it happens a lot.  Having new
734 accelerator tables that are optimized for very quick lookups will benefit this
735 type of debugging experience greatly.
736
737 We would like to generate name lookup tables that can be mapped into memory
738 from disk, and used as is, with little or no up-front parsing.  We would also
739 be able to control the exact content of these different tables so they contain
740 exactly what we need.  The Name Accelerator Tables were designed to fix these
741 issues.  In order to solve these issues we need to:
742
743 * Have a format that can be mapped into memory from disk and used as is
744 * Lookups should be very fast
745 * Extensible table format so these tables can be made by many producers
746 * Contain all of the names needed for typical lookups out of the box
747 * Strict rules for the contents of tables
748
749 Table size is important and the accelerator table format should allow the reuse
750 of strings from common string tables so the strings for the names are not
751 duplicated.  We also want to make sure the table is ready to be used as-is by
752 simply mapping the table into memory with minimal header parsing.
753
754 The name lookups need to be fast and optimized for the kinds of lookups that
755 debuggers tend to do.  Optimally we would like to touch as few parts of the
756 mapped table as possible when doing a name lookup and be able to quickly find
757 the name entry we are looking for, or discover there are no matches.  In the
758 case of debuggers we optimized for lookups that fail most of the time.
759
760 Each table that is defined should have strict rules on exactly what is in the
761 accelerator tables and documented so clients can rely on the content.
762
763 Hash Tables
764 ^^^^^^^^^^^
765
766 Standard Hash Tables
767 """"""""""""""""""""
768
769 Typical hash tables have a header, buckets, and each bucket points to the
770 bucket contents:
771
772 .. code-block:: none
773
774   .------------.
775   |  HEADER    |
776   |------------|
777   |  BUCKETS   |
778   |------------|
779   |  DATA      |
780   `------------'
781
782 The BUCKETS are an array of offsets to DATA for each hash:
783
784 .. code-block:: none
785
786   .------------.
787   | 0x00001000 | BUCKETS[0]
788   | 0x00002000 | BUCKETS[1]
789   | 0x00002200 | BUCKETS[2]
790   | 0x000034f0 | BUCKETS[3]
791   |            | ...
792   | 0xXXXXXXXX | BUCKETS[n_buckets]
793   '------------'
794
795 So for ``bucket[3]`` in the example above, we have an offset into the table
796 0x000034f0 which points to a chain of entries for the bucket.  Each bucket must
797 contain a next pointer, full 32 bit hash value, the string itself, and the data
798 for the current string value.
799
800 .. code-block:: none
801
802               .------------.
803   0x000034f0: | 0x00003500 | next pointer
804               | 0x12345678 | 32 bit hash
805               | "erase"    | string value
806               | data[n]    | HashData for this bucket
807               |------------|
808   0x00003500: | 0x00003550 | next pointer
809               | 0x29273623 | 32 bit hash
810               | "dump"     | string value
811               | data[n]    | HashData for this bucket
812               |------------|
813   0x00003550: | 0x00000000 | next pointer
814               | 0x82638293 | 32 bit hash
815               | "main"     | string value
816               | data[n]    | HashData for this bucket
817               `------------'
818
819 The problem with this layout for debuggers is that we need to optimize for the
820 negative lookup case where the symbol we're searching for is not present.  So
821 if we were to lookup "``printf``" in the table above, we would make a 32 hash
822 for "``printf``", it might match ``bucket[3]``.  We would need to go to the
823 offset 0x000034f0 and start looking to see if our 32 bit hash matches.  To do
824 so, we need to read the next pointer, then read the hash, compare it, and skip
825 to the next bucket.  Each time we are skipping many bytes in memory and
826 touching new cache pages just to do the compare on the full 32 bit hash.  All
827 of these accesses then tell us that we didn't have a match.
828
829 Name Hash Tables
830 """"""""""""""""
831
832 To solve the issues mentioned above we have structured the hash tables a bit
833 differently: a header, buckets, an array of all unique 32 bit hash values,
834 followed by an array of hash value data offsets, one for each hash value, then
835 the data for all hash values:
836
837 .. code-block:: none
838
839   .-------------.
840   |  HEADER     |
841   |-------------|
842   |  BUCKETS    |
843   |-------------|
844   |  HASHES     |
845   |-------------|
846   |  OFFSETS    |
847   |-------------|
848   |  DATA       |
849   `-------------'
850
851 The ``BUCKETS`` in the name tables are an index into the ``HASHES`` array.  By
852 making all of the full 32 bit hash values contiguous in memory, we allow
853 ourselves to efficiently check for a match while touching as little memory as
854 possible.  Most often checking the 32 bit hash values is as far as the lookup
855 goes.  If it does match, it usually is a match with no collisions.  So for a
856 table with "``n_buckets``" buckets, and "``n_hashes``" unique 32 bit hash
857 values, we can clarify the contents of the ``BUCKETS``, ``HASHES`` and
858 ``OFFSETS`` as:
859
860 .. code-block:: none
861
862   .-------------------------.
863   |  HEADER.magic           | uint32_t
864   |  HEADER.version         | uint16_t
865   |  HEADER.hash_function   | uint16_t
866   |  HEADER.bucket_count    | uint32_t
867   |  HEADER.hashes_count    | uint32_t
868   |  HEADER.header_data_len | uint32_t
869   |  HEADER_DATA            | HeaderData
870   |-------------------------|
871   |  BUCKETS                | uint32_t[n_buckets] // 32 bit hash indexes
872   |-------------------------|
873   |  HASHES                 | uint32_t[n_hashes] // 32 bit hash values
874   |-------------------------|
875   |  OFFSETS                | uint32_t[n_hashes] // 32 bit offsets to hash value data
876   |-------------------------|
877   |  ALL HASH DATA          |
878   `-------------------------'
879
880 So taking the exact same data from the standard hash example above we end up
881 with:
882
883 .. code-block:: none
884
885               .------------.
886               | HEADER     |
887               |------------|
888               |          0 | BUCKETS[0]
889               |          2 | BUCKETS[1]
890               |          5 | BUCKETS[2]
891               |          6 | BUCKETS[3]
892               |            | ...
893               |        ... | BUCKETS[n_buckets]
894               |------------|
895               | 0x........ | HASHES[0]
896               | 0x........ | HASHES[1]
897               | 0x........ | HASHES[2]
898               | 0x........ | HASHES[3]
899               | 0x........ | HASHES[4]
900               | 0x........ | HASHES[5]
901               | 0x12345678 | HASHES[6]    hash for BUCKETS[3]
902               | 0x29273623 | HASHES[7]    hash for BUCKETS[3]
903               | 0x82638293 | HASHES[8]    hash for BUCKETS[3]
904               | 0x........ | HASHES[9]
905               | 0x........ | HASHES[10]
906               | 0x........ | HASHES[11]
907               | 0x........ | HASHES[12]
908               | 0x........ | HASHES[13]
909               | 0x........ | HASHES[n_hashes]
910               |------------|
911               | 0x........ | OFFSETS[0]
912               | 0x........ | OFFSETS[1]
913               | 0x........ | OFFSETS[2]
914               | 0x........ | OFFSETS[3]
915               | 0x........ | OFFSETS[4]
916               | 0x........ | OFFSETS[5]
917               | 0x000034f0 | OFFSETS[6]   offset for BUCKETS[3]
918               | 0x00003500 | OFFSETS[7]   offset for BUCKETS[3]
919               | 0x00003550 | OFFSETS[8]   offset for BUCKETS[3]
920               | 0x........ | OFFSETS[9]
921               | 0x........ | OFFSETS[10]
922               | 0x........ | OFFSETS[11]
923               | 0x........ | OFFSETS[12]
924               | 0x........ | OFFSETS[13]
925               | 0x........ | OFFSETS[n_hashes]
926               |------------|
927               |            |
928               |            |
929               |            |
930               |            |
931               |            |
932               |------------|
933   0x000034f0: | 0x00001203 | .debug_str ("erase")
934               | 0x00000004 | A 32 bit array count - number of HashData with name "erase"
935               | 0x........ | HashData[0]
936               | 0x........ | HashData[1]
937               | 0x........ | HashData[2]
938               | 0x........ | HashData[3]
939               | 0x00000000 | String offset into .debug_str (terminate data for hash)
940               |------------|
941   0x00003500: | 0x00001203 | String offset into .debug_str ("collision")
942               | 0x00000002 | A 32 bit array count - number of HashData with name "collision"
943               | 0x........ | HashData[0]
944               | 0x........ | HashData[1]
945               | 0x00001203 | String offset into .debug_str ("dump")
946               | 0x00000003 | A 32 bit array count - number of HashData with name "dump"
947               | 0x........ | HashData[0]
948               | 0x........ | HashData[1]
949               | 0x........ | HashData[2]
950               | 0x00000000 | String offset into .debug_str (terminate data for hash)
951               |------------|
952   0x00003550: | 0x00001203 | String offset into .debug_str ("main")
953               | 0x00000009 | A 32 bit array count - number of HashData with name "main"
954               | 0x........ | HashData[0]
955               | 0x........ | HashData[1]
956               | 0x........ | HashData[2]
957               | 0x........ | HashData[3]
958               | 0x........ | HashData[4]
959               | 0x........ | HashData[5]
960               | 0x........ | HashData[6]
961               | 0x........ | HashData[7]
962               | 0x........ | HashData[8]
963               | 0x00000000 | String offset into .debug_str (terminate data for hash)
964               `------------'
965
966 So we still have all of the same data, we just organize it more efficiently for
967 debugger lookup.  If we repeat the same "``printf``" lookup from above, we
968 would hash "``printf``" and find it matches ``BUCKETS[3]`` by taking the 32 bit
969 hash value and modulo it by ``n_buckets``.  ``BUCKETS[3]`` contains "6" which
970 is the index into the ``HASHES`` table.  We would then compare any consecutive
971 32 bit hashes values in the ``HASHES`` array as long as the hashes would be in
972 ``BUCKETS[3]``.  We do this by verifying that each subsequent hash value modulo
973 ``n_buckets`` is still 3.  In the case of a failed lookup we would access the
974 memory for ``BUCKETS[3]``, and then compare a few consecutive 32 bit hashes
975 before we know that we have no match.  We don't end up marching through
976 multiple words of memory and we really keep the number of processor data cache
977 lines being accessed as small as possible.
978
979 The string hash that is used for these lookup tables is the Daniel J.
980 Bernstein hash which is also used in the ELF ``GNU_HASH`` sections.  It is a
981 very good hash for all kinds of names in programs with very few hash
982 collisions.
983
984 Empty buckets are designated by using an invalid hash index of ``UINT32_MAX``.
985
986 Details
987 ^^^^^^^
988
989 These name hash tables are designed to be generic where specializations of the
990 table get to define additional data that goes into the header ("``HeaderData``"),
991 how the string value is stored ("``KeyType``") and the content of the data for each
992 hash value.
993
994 Header Layout
995 """""""""""""
996
997 The header has a fixed part, and the specialized part.  The exact format of the
998 header is:
999
1000 .. code-block:: c
1001
1002   struct Header
1003   {
1004     uint32_t   magic;           // 'HASH' magic value to allow endian detection
1005     uint16_t   version;         // Version number
1006     uint16_t   hash_function;   // The hash function enumeration that was used
1007     uint32_t   bucket_count;    // The number of buckets in this hash table
1008     uint32_t   hashes_count;    // The total number of unique hash values and hash data offsets in this table
1009     uint32_t   header_data_len; // The bytes to skip to get to the hash indexes (buckets) for correct alignment
1010                                 // Specifically the length of the following HeaderData field - this does not
1011                                 // include the size of the preceding fields
1012     HeaderData header_data;     // Implementation specific header data
1013   };
1014
1015 The header starts with a 32 bit "``magic``" value which must be ``'HASH'``
1016 encoded as an ASCII integer.  This allows the detection of the start of the
1017 hash table and also allows the table's byte order to be determined so the table
1018 can be correctly extracted.  The "``magic``" value is followed by a 16 bit
1019 ``version`` number which allows the table to be revised and modified in the
1020 future.  The current version number is 1. ``hash_function`` is a ``uint16_t``
1021 enumeration that specifies which hash function was used to produce this table.
1022 The current values for the hash function enumerations include:
1023
1024 .. code-block:: c
1025
1026   enum HashFunctionType
1027   {
1028     eHashFunctionDJB = 0u, // Daniel J Bernstein hash function
1029   };
1030
1031 ``bucket_count`` is a 32 bit unsigned integer that represents how many buckets
1032 are in the ``BUCKETS`` array.  ``hashes_count`` is the number of unique 32 bit
1033 hash values that are in the ``HASHES`` array, and is the same number of offsets
1034 are contained in the ``OFFSETS`` array.  ``header_data_len`` specifies the size
1035 in bytes of the ``HeaderData`` that is filled in by specialized versions of
1036 this table.
1037
1038 Fixed Lookup
1039 """"""""""""
1040
1041 The header is followed by the buckets, hashes, offsets, and hash value data.
1042
1043 .. code-block:: c
1044
1045   struct FixedTable
1046   {
1047     uint32_t buckets[Header.bucket_count];  // An array of hash indexes into the "hashes[]" array below
1048     uint32_t hashes [Header.hashes_count];  // Every unique 32 bit hash for the entire table is in this table
1049     uint32_t offsets[Header.hashes_count];  // An offset that corresponds to each item in the "hashes[]" array above
1050   };
1051
1052 ``buckets`` is an array of 32 bit indexes into the ``hashes`` array.  The
1053 ``hashes`` array contains all of the 32 bit hash values for all names in the
1054 hash table.  Each hash in the ``hashes`` table has an offset in the ``offsets``
1055 array that points to the data for the hash value.
1056
1057 This table setup makes it very easy to repurpose these tables to contain
1058 different data, while keeping the lookup mechanism the same for all tables.
1059 This layout also makes it possible to save the table to disk and map it in
1060 later and do very efficient name lookups with little or no parsing.
1061
1062 DWARF lookup tables can be implemented in a variety of ways and can store a lot
1063 of information for each name.  We want to make the DWARF tables extensible and
1064 able to store the data efficiently so we have used some of the DWARF features
1065 that enable efficient data storage to define exactly what kind of data we store
1066 for each name.
1067
1068 The ``HeaderData`` contains a definition of the contents of each HashData chunk.
1069 We might want to store an offset to all of the debug information entries (DIEs)
1070 for each name.  To keep things extensible, we create a list of items, or
1071 Atoms, that are contained in the data for each name.  First comes the type of
1072 the data in each atom:
1073
1074 .. code-block:: c
1075
1076   enum AtomType
1077   {
1078     eAtomTypeNULL       = 0u,
1079     eAtomTypeDIEOffset  = 1u,   // DIE offset, check form for encoding
1080     eAtomTypeCUOffset   = 2u,   // DIE offset of the compiler unit header that contains the item in question
1081     eAtomTypeTag        = 3u,   // DW_TAG_xxx value, should be encoded as DW_FORM_data1 (if no tags exceed 255) or DW_FORM_data2
1082     eAtomTypeNameFlags  = 4u,   // Flags from enum NameFlags
1083     eAtomTypeTypeFlags  = 5u,   // Flags from enum TypeFlags
1084   };
1085
1086 The enumeration values and their meanings are:
1087
1088 .. code-block:: none
1089
1090   eAtomTypeNULL       - a termination atom that specifies the end of the atom list
1091   eAtomTypeDIEOffset  - an offset into the .debug_info section for the DWARF DIE for this name
1092   eAtomTypeCUOffset   - an offset into the .debug_info section for the CU that contains the DIE
1093   eAtomTypeDIETag     - The DW_TAG_XXX enumeration value so you don't have to parse the DWARF to see what it is
1094   eAtomTypeNameFlags  - Flags for functions and global variables (isFunction, isInlined, isExternal...)
1095   eAtomTypeTypeFlags  - Flags for types (isCXXClass, isObjCClass, ...)
1096
1097 Then we allow each atom type to define the atom type and how the data for each
1098 atom type data is encoded:
1099
1100 .. code-block:: c
1101
1102   struct Atom
1103   {
1104     uint16_t type;  // AtomType enum value
1105     uint16_t form;  // DWARF DW_FORM_XXX defines
1106   };
1107
1108 The ``form`` type above is from the DWARF specification and defines the exact
1109 encoding of the data for the Atom type.  See the DWARF specification for the
1110 ``DW_FORM_`` definitions.
1111
1112 .. code-block:: c
1113
1114   struct HeaderData
1115   {
1116     uint32_t die_offset_base;
1117     uint32_t atom_count;
1118     Atoms    atoms[atom_count0];
1119   };
1120
1121 ``HeaderData`` defines the base DIE offset that should be added to any atoms
1122 that are encoded using the ``DW_FORM_ref1``, ``DW_FORM_ref2``,
1123 ``DW_FORM_ref4``, ``DW_FORM_ref8`` or ``DW_FORM_ref_udata``.  It also defines
1124 what is contained in each ``HashData`` object -- ``Atom.form`` tells us how large
1125 each field will be in the ``HashData`` and the ``Atom.type`` tells us how this data
1126 should be interpreted.
1127
1128 For the current implementations of the "``.apple_names``" (all functions +
1129 globals), the "``.apple_types``" (names of all types that are defined), and
1130 the "``.apple_namespaces``" (all namespaces), we currently set the ``Atom``
1131 array to be:
1132
1133 .. code-block:: c
1134
1135   HeaderData.atom_count = 1;
1136   HeaderData.atoms[0].type = eAtomTypeDIEOffset;
1137   HeaderData.atoms[0].form = DW_FORM_data4;
1138
1139 This defines the contents to be the DIE offset (eAtomTypeDIEOffset) that is
1140 encoded as a 32 bit value (DW_FORM_data4).  This allows a single name to have
1141 multiple matching DIEs in a single file, which could come up with an inlined
1142 function for instance.  Future tables could include more information about the
1143 DIE such as flags indicating if the DIE is a function, method, block,
1144 or inlined.
1145
1146 The KeyType for the DWARF table is a 32 bit string table offset into the
1147 ".debug_str" table.  The ".debug_str" is the string table for the DWARF which
1148 may already contain copies of all of the strings.  This helps make sure, with
1149 help from the compiler, that we reuse the strings between all of the DWARF
1150 sections and keeps the hash table size down.  Another benefit to having the
1151 compiler generate all strings as DW_FORM_strp in the debug info, is that
1152 DWARF parsing can be made much faster.
1153
1154 After a lookup is made, we get an offset into the hash data.  The hash data
1155 needs to be able to deal with 32 bit hash collisions, so the chunk of data
1156 at the offset in the hash data consists of a triple:
1157
1158 .. code-block:: c
1159
1160   uint32_t str_offset
1161   uint32_t hash_data_count
1162   HashData[hash_data_count]
1163
1164 If "str_offset" is zero, then the bucket contents are done. 99.9% of the
1165 hash data chunks contain a single item (no 32 bit hash collision):
1166
1167 .. code-block:: none
1168
1169   .------------.
1170   | 0x00001023 | uint32_t KeyType (.debug_str[0x0001023] => "main")
1171   | 0x00000004 | uint32_t HashData count
1172   | 0x........ | uint32_t HashData[0] DIE offset
1173   | 0x........ | uint32_t HashData[1] DIE offset
1174   | 0x........ | uint32_t HashData[2] DIE offset
1175   | 0x........ | uint32_t HashData[3] DIE offset
1176   | 0x00000000 | uint32_t KeyType (end of hash chain)
1177   `------------'
1178
1179 If there are collisions, you will have multiple valid string offsets:
1180
1181 .. code-block:: none
1182
1183   .------------.
1184   | 0x00001023 | uint32_t KeyType (.debug_str[0x0001023] => "main")
1185   | 0x00000004 | uint32_t HashData count
1186   | 0x........ | uint32_t HashData[0] DIE offset
1187   | 0x........ | uint32_t HashData[1] DIE offset
1188   | 0x........ | uint32_t HashData[2] DIE offset
1189   | 0x........ | uint32_t HashData[3] DIE offset
1190   | 0x00002023 | uint32_t KeyType (.debug_str[0x0002023] => "print")
1191   | 0x00000002 | uint32_t HashData count
1192   | 0x........ | uint32_t HashData[0] DIE offset
1193   | 0x........ | uint32_t HashData[1] DIE offset
1194   | 0x00000000 | uint32_t KeyType (end of hash chain)
1195   `------------'
1196
1197 Current testing with real world C++ binaries has shown that there is around 1
1198 32 bit hash collision per 100,000 name entries.
1199
1200 Contents
1201 ^^^^^^^^
1202
1203 As we said, we want to strictly define exactly what is included in the
1204 different tables.  For DWARF, we have 3 tables: "``.apple_names``",
1205 "``.apple_types``", and "``.apple_namespaces``".
1206
1207 "``.apple_names``" sections should contain an entry for each DWARF DIE whose
1208 ``DW_TAG`` is a ``DW_TAG_label``, ``DW_TAG_inlined_subroutine``, or
1209 ``DW_TAG_subprogram`` that has address attributes: ``DW_AT_low_pc``,
1210 ``DW_AT_high_pc``, ``DW_AT_ranges`` or ``DW_AT_entry_pc``.  It also contains
1211 ``DW_TAG_variable`` DIEs that have a ``DW_OP_addr`` in the location (global and
1212 static variables).  All global and static variables should be included,
1213 including those scoped within functions and classes.  For example using the
1214 following code:
1215
1216 .. code-block:: c
1217
1218   static int var = 0;
1219
1220   void f ()
1221   {
1222     static int var = 0;
1223   }
1224
1225 Both of the static ``var`` variables would be included in the table.  All
1226 functions should emit both their full names and their basenames.  For C or C++,
1227 the full name is the mangled name (if available) which is usually in the
1228 ``DW_AT_MIPS_linkage_name`` attribute, and the ``DW_AT_name`` contains the
1229 function basename.  If global or static variables have a mangled name in a
1230 ``DW_AT_MIPS_linkage_name`` attribute, this should be emitted along with the
1231 simple name found in the ``DW_AT_name`` attribute.
1232
1233 "``.apple_types``" sections should contain an entry for each DWARF DIE whose
1234 tag is one of:
1235
1236 * DW_TAG_array_type
1237 * DW_TAG_class_type
1238 * DW_TAG_enumeration_type
1239 * DW_TAG_pointer_type
1240 * DW_TAG_reference_type
1241 * DW_TAG_string_type
1242 * DW_TAG_structure_type
1243 * DW_TAG_subroutine_type
1244 * DW_TAG_typedef
1245 * DW_TAG_union_type
1246 * DW_TAG_ptr_to_member_type
1247 * DW_TAG_set_type
1248 * DW_TAG_subrange_type
1249 * DW_TAG_base_type
1250 * DW_TAG_const_type
1251 * DW_TAG_file_type
1252 * DW_TAG_namelist
1253 * DW_TAG_packed_type
1254 * DW_TAG_volatile_type
1255 * DW_TAG_restrict_type
1256 * DW_TAG_interface_type
1257 * DW_TAG_unspecified_type
1258 * DW_TAG_shared_type
1259
1260 Only entries with a ``DW_AT_name`` attribute are included, and the entry must
1261 not be a forward declaration (``DW_AT_declaration`` attribute with a non-zero
1262 value).  For example, using the following code:
1263
1264 .. code-block:: c
1265
1266   int main ()
1267   {
1268     int *b = 0;
1269     return *b;
1270   }
1271
1272 We get a few type DIEs:
1273
1274 .. code-block:: none
1275
1276   0x00000067:     TAG_base_type [5]
1277                   AT_encoding( DW_ATE_signed )
1278                   AT_name( "int" )
1279                   AT_byte_size( 0x04 )
1280
1281   0x0000006e:     TAG_pointer_type [6]
1282                   AT_type( {0x00000067} ( int ) )
1283                   AT_byte_size( 0x08 )
1284
1285 The DW_TAG_pointer_type is not included because it does not have a ``DW_AT_name``.
1286
1287 "``.apple_namespaces``" section should contain all ``DW_TAG_namespace`` DIEs.
1288 If we run into a namespace that has no name this is an anonymous namespace, and
1289 the name should be output as "``(anonymous namespace)``" (without the quotes).
1290 Why?  This matches the output of the ``abi::cxa_demangle()`` that is in the
1291 standard C++ library that demangles mangled names.
1292
1293
1294 Language Extensions and File Format Changes
1295 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1296
1297 Objective-C Extensions
1298 """"""""""""""""""""""
1299
1300 "``.apple_objc``" section should contain all ``DW_TAG_subprogram`` DIEs for an
1301 Objective-C class.  The name used in the hash table is the name of the
1302 Objective-C class itself.  If the Objective-C class has a category, then an
1303 entry is made for both the class name without the category, and for the class
1304 name with the category.  So if we have a DIE at offset 0x1234 with a name of
1305 method "``-[NSString(my_additions) stringWithSpecialString:]``", we would add
1306 an entry for "``NSString``" that points to DIE 0x1234, and an entry for
1307 "``NSString(my_additions)``" that points to 0x1234.  This allows us to quickly
1308 track down all Objective-C methods for an Objective-C class when doing
1309 expressions.  It is needed because of the dynamic nature of Objective-C where
1310 anyone can add methods to a class.  The DWARF for Objective-C methods is also
1311 emitted differently from C++ classes where the methods are not usually
1312 contained in the class definition, they are scattered about across one or more
1313 compile units.  Categories can also be defined in different shared libraries.
1314 So we need to be able to quickly find all of the methods and class functions
1315 given the Objective-C class name, or quickly find all methods and class
1316 functions for a class + category name.  This table does not contain any
1317 selector names, it just maps Objective-C class names (or class names +
1318 category) to all of the methods and class functions.  The selectors are added
1319 as function basenames in the "``.debug_names``" section.
1320
1321 In the "``.apple_names``" section for Objective-C functions, the full name is
1322 the entire function name with the brackets ("``-[NSString
1323 stringWithCString:]``") and the basename is the selector only
1324 ("``stringWithCString:``").
1325
1326 Mach-O Changes
1327 """"""""""""""
1328
1329 The sections names for the apple hash tables are for non-mach-o files.  For
1330 mach-o files, the sections should be contained in the ``__DWARF`` segment with
1331 names as follows:
1332
1333 * "``.apple_names``" -> "``__apple_names``"
1334 * "``.apple_types``" -> "``__apple_types``"
1335 * "``.apple_namespaces``" -> "``__apple_namespac``" (16 character limit)
1336 * "``.apple_objc``" -> "``__apple_objc``"
1337