DI: Require subprogram definitions to be distinct
[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#difile>`_, and `program objects
157 <LangRef.html#diglobalvariable>`_.  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#dilocalvariable>`_ containing a
185 description of the variable.  The third argument is a `complex expression
186 <LangRef.html#diexpression>`_.
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#dilocalvariable>`_ containing a description of the variable.  The
200 third argument is a `complex expression <LangRef.html#diexpression>`_.
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 = !DICompileUnit(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 = !DIFile(filename: "/dev/stdin", directory: "/Users/dexonsmith/data/llvm/debug-info")
264   !2 = !{}
265   !3 = !{!4}
266   !4 = distinct !DISubprogram(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 = !DISubroutineType(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 = !DILocalVariable(name: "X", scope: !4, file: !1, line: 2, type: !12)
274   !12 = !DIBasicType(name: "int", size: 32, align: 32, encoding: DW_ATE_signed)
275   !13 = !DIExpression()
276   !14 = !DILocation(line: 2, column: 9, scope: !4)
277   !15 = !DILocalVariable(name: "Y", scope: !4, file: !1, line: 3, type: !12)
278   !16 = !DILocation(line: 3, column: 9, scope: !4)
279   !17 = !DILocalVariable(name: "Z", scope: !18, file: !1, line: 5, type: !12)
280   !18 = distinct !DILexicalBlock(scope: !4, file: !1, line: 4, column: 5)
281   !19 = !DILocation(line: 5, column: 11, scope: !18)
282   !20 = !DILocation(line: 6, column: 11, scope: !18)
283   !21 = !DILocation(line: 6, column: 9, scope: !18)
284   !22 = !DILocation(line: 8, column: 9, scope: !4)
285   !23 = !DILocation(line: 8, column: 7, scope: !4)
286   !24 = !DILocation(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 = !DILocation(line: 2, column: 9, scope: !4)
307   !4 = !DISubprogram(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#dilocation>`_.  In this example, scope is encoded by ``!4``, a
314 `subprogram descriptor <LangRef.html#disubprogram>`_.  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 !DILexicalBlock(scope: !4, file: !1, line: 4, column: 5)
332   !19 = !DILocation(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::getDebugLoc()`` and ``DILocation::getLine()``.
372
373 .. code-block:: c++
374
375   if (DILocation *Loc = I->getDebugLoc()) { // Here I is an LLVM instruction
376     unsigned Line = Loc->getLine();
377     StringRef File = Loc->getFilename();
378     StringRef Dir = Loc->getDirectory();
379   }
380
381 C/C++ global variable information
382 ---------------------------------
383
384 Given an integer global variable declared as follows:
385
386 .. code-block:: c
387
388   int MyGlobal = 100;
389
390 a C/C++ front-end would generate the following descriptors:
391
392 .. code-block:: llvm
393
394   ;;
395   ;; Define the global itself.
396   ;;
397   @MyGlobal = global i32 100, align 4
398
399   ;;
400   ;; List of debug info of globals
401   ;;
402   !llvm.dbg.cu = !{!0}
403
404   ;; Some unrelated metadata.
405   !llvm.module.flags = !{!6, !7}
406
407   ;; Define the compile unit.
408   !0 = !DICompileUnit(language: DW_LANG_C99, file: !1,
409                       producer:
410                       "clang version 3.7.0 (trunk 231150) (llvm/trunk 231154)",
411                       isOptimized: false, runtimeVersion: 0, emissionKind: 1,
412                       enums: !2, retainedTypes: !2, subprograms: !2, globals:
413                       !3, imports: !2)
414
415   ;;
416   ;; Define the file
417   ;;
418   !1 = !DIFile(filename: "/dev/stdin",
419                directory: "/Users/dexonsmith/data/llvm/debug-info")
420
421   ;; An empty array.
422   !2 = !{}
423
424   ;; The Array of Global Variables
425   !3 = !{!4}
426
427   ;;
428   ;; Define the global variable itself.
429   ;;
430   !4 = !DIGlobalVariable(name: "MyGlobal", scope: !0, file: !1, line: 1,
431                          type: !5, isLocal: false, isDefinition: true,
432                          variable: i32* @MyGlobal)
433
434   ;;
435   ;; Define the type
436   ;;
437   !5 = !DIBasicType(name: "int", size: 32, align: 32, encoding: DW_ATE_signed)
438
439   ;; Dwarf version to output.
440   !6 = !{i32 2, !"Dwarf Version", i32 2}
441
442   ;; Debug info schema version.
443   !7 = !{i32 2, !"Debug Info Version", i32 3}
444
445 C/C++ function information
446 --------------------------
447
448 Given a function declared as follows:
449
450 .. code-block:: c
451
452   int main(int argc, char *argv[]) {
453     return 0;
454   }
455
456 a C/C++ front-end would generate the following descriptors:
457
458 .. code-block:: llvm
459
460   ;;
461   ;; Define the anchor for subprograms.
462   ;;
463   !4 = !DISubprogram(name: "main", scope: !1, file: !1, line: 1, type: !5,
464                      isLocal: false, isDefinition: true, scopeLine: 1,
465                      flags: DIFlagPrototyped, isOptimized: false,
466                      function: i32 (i32, i8**)* @main, variables: !2)
467
468   ;;
469   ;; Define the subprogram itself.
470   ;;
471   define i32 @main(i32 %argc, i8** %argv) {
472   ...
473   }
474
475 Debugging information format
476 ============================
477
478 Debugging Information Extension for Objective C Properties
479 ----------------------------------------------------------
480
481 Introduction
482 ^^^^^^^^^^^^
483
484 Objective C provides a simpler way to declare and define accessor methods using
485 declared properties.  The language provides features to declare a property and
486 to let compiler synthesize accessor methods.
487
488 The debugger lets developer inspect Objective C interfaces and their instance
489 variables and class variables.  However, the debugger does not know anything
490 about the properties defined in Objective C interfaces.  The debugger consumes
491 information generated by compiler in DWARF format.  The format does not support
492 encoding of Objective C properties.  This proposal describes DWARF extensions to
493 encode Objective C properties, which the debugger can use to let developers
494 inspect Objective C properties.
495
496 Proposal
497 ^^^^^^^^
498
499 Objective C properties exist separately from class members.  A property can be
500 defined only by "setter" and "getter" selectors, and be calculated anew on each
501 access.  Or a property can just be a direct access to some declared ivar.
502 Finally it can have an ivar "automatically synthesized" for it by the compiler,
503 in which case the property can be referred to in user code directly using the
504 standard C dereference syntax as well as through the property "dot" syntax, but
505 there is no entry in the ``@interface`` declaration corresponding to this ivar.
506
507 To facilitate debugging, these properties we will add a new DWARF TAG into the
508 ``DW_TAG_structure_type`` definition for the class to hold the description of a
509 given property, and a set of DWARF attributes that provide said description.
510 The property tag will also contain the name and declared type of the property.
511
512 If there is a related ivar, there will also be a DWARF property attribute placed
513 in the ``DW_TAG_member`` DIE for that ivar referring back to the property TAG
514 for that property.  And in the case where the compiler synthesizes the ivar
515 directly, the compiler is expected to generate a ``DW_TAG_member`` for that
516 ivar (with the ``DW_AT_artificial`` set to 1), whose name will be the name used
517 to access this ivar directly in code, and with the property attribute pointing
518 back to the property it is backing.
519
520 The following examples will serve as illustration for our discussion:
521
522 .. code-block:: objc
523
524   @interface I1 {
525     int n2;
526   }
527
528   @property int p1;
529   @property int p2;
530   @end
531
532   @implementation I1
533   @synthesize p1;
534   @synthesize p2 = n2;
535   @end
536
537 This produces the following DWARF (this is a "pseudo dwarfdump" output):
538
539 .. code-block:: none
540
541   0x00000100:  TAG_structure_type [7] *
542                  AT_APPLE_runtime_class( 0x10 )
543                  AT_name( "I1" )
544                  AT_decl_file( "Objc_Property.m" )
545                  AT_decl_line( 3 )
546
547   0x00000110    TAG_APPLE_property
548                   AT_name ( "p1" )
549                   AT_type ( {0x00000150} ( int ) )
550
551   0x00000120:   TAG_APPLE_property
552                   AT_name ( "p2" )
553                   AT_type ( {0x00000150} ( int ) )
554
555   0x00000130:   TAG_member [8]
556                   AT_name( "_p1" )
557                   AT_APPLE_property ( {0x00000110} "p1" )
558                   AT_type( {0x00000150} ( int ) )
559                   AT_artificial ( 0x1 )
560
561   0x00000140:    TAG_member [8]
562                    AT_name( "n2" )
563                    AT_APPLE_property ( {0x00000120} "p2" )
564                    AT_type( {0x00000150} ( int ) )
565
566   0x00000150:  AT_type( ( int ) )
567
568 Note, the current convention is that the name of the ivar for an
569 auto-synthesized property is the name of the property from which it derives
570 with an underscore prepended, as is shown in the example.  But we actually
571 don't need to know this convention, since we are given the name of the ivar
572 directly.
573
574 Also, it is common practice in ObjC to have different property declarations in
575 the @interface and @implementation - e.g. to provide a read-only property in
576 the interface,and a read-write interface in the implementation.  In that case,
577 the compiler should emit whichever property declaration will be in force in the
578 current translation unit.
579
580 Developers can decorate a property with attributes which are encoded using
581 ``DW_AT_APPLE_property_attribute``.
582
583 .. code-block:: objc
584
585   @property (readonly, nonatomic) int pr;
586
587 .. code-block:: none
588
589   TAG_APPLE_property [8]
590     AT_name( "pr" )
591     AT_type ( {0x00000147} (int) )
592     AT_APPLE_property_attribute (DW_APPLE_PROPERTY_readonly, DW_APPLE_PROPERTY_nonatomic)
593
594 The setter and getter method names are attached to the property using
595 ``DW_AT_APPLE_property_setter`` and ``DW_AT_APPLE_property_getter`` attributes.
596
597 .. code-block:: objc
598
599   @interface I1
600   @property (setter=myOwnP3Setter:) int p3;
601   -(void)myOwnP3Setter:(int)a;
602   @end
603
604   @implementation I1
605   @synthesize p3;
606   -(void)myOwnP3Setter:(int)a{ }
607   @end
608
609 The DWARF for this would be:
610
611 .. code-block:: none
612
613   0x000003bd: TAG_structure_type [7] *
614                 AT_APPLE_runtime_class( 0x10 )
615                 AT_name( "I1" )
616                 AT_decl_file( "Objc_Property.m" )
617                 AT_decl_line( 3 )
618
619   0x000003cd      TAG_APPLE_property
620                     AT_name ( "p3" )
621                     AT_APPLE_property_setter ( "myOwnP3Setter:" )
622                     AT_type( {0x00000147} ( int ) )
623
624   0x000003f3:     TAG_member [8]
625                     AT_name( "_p3" )
626                     AT_type ( {0x00000147} ( int ) )
627                     AT_APPLE_property ( {0x000003cd} )
628                     AT_artificial ( 0x1 )
629
630 New DWARF Tags
631 ^^^^^^^^^^^^^^
632
633 +-----------------------+--------+
634 | TAG                   | Value  |
635 +=======================+========+
636 | DW_TAG_APPLE_property | 0x4200 |
637 +-----------------------+--------+
638
639 New DWARF Attributes
640 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
641
642 +--------------------------------+--------+-----------+
643 | Attribute                      | Value  | Classes   |
644 +================================+========+===========+
645 | DW_AT_APPLE_property           | 0x3fed | Reference |
646 +--------------------------------+--------+-----------+
647 | DW_AT_APPLE_property_getter    | 0x3fe9 | String    |
648 +--------------------------------+--------+-----------+
649 | DW_AT_APPLE_property_setter    | 0x3fea | String    |
650 +--------------------------------+--------+-----------+
651 | DW_AT_APPLE_property_attribute | 0x3feb | Constant  |
652 +--------------------------------+--------+-----------+
653
654 New DWARF Constants
655 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
656
657 +--------------------------------------+-------+
658 | Name                                 | Value |
659 +======================================+=======+
660 | DW_APPLE_PROPERTY_readonly           | 0x01  |
661 +--------------------------------------+-------+
662 | DW_APPLE_PROPERTY_getter             | 0x02  |
663 +--------------------------------------+-------+
664 | DW_APPLE_PROPERTY_assign             | 0x04  |
665 +--------------------------------------+-------+
666 | DW_APPLE_PROPERTY_readwrite          | 0x08  |
667 +--------------------------------------+-------+
668 | DW_APPLE_PROPERTY_retain             | 0x10  |
669 +--------------------------------------+-------+
670 | DW_APPLE_PROPERTY_copy               | 0x20  |
671 +--------------------------------------+-------+
672 | DW_APPLE_PROPERTY_nonatomic          | 0x40  |
673 +--------------------------------------+-------+
674 | DW_APPLE_PROPERTY_setter             | 0x80  |
675 +--------------------------------------+-------+
676 | DW_APPLE_PROPERTY_atomic             | 0x100 |
677 +--------------------------------------+-------+
678 | DW_APPLE_PROPERTY_weak               | 0x200 |
679 +--------------------------------------+-------+
680 | DW_APPLE_PROPERTY_strong             | 0x400 |
681 +--------------------------------------+-------+
682 | DW_APPLE_PROPERTY_unsafe_unretained  | 0x800 |
683 +--------------------------------+-----+-------+
684
685 Name Accelerator Tables
686 -----------------------
687
688 Introduction
689 ^^^^^^^^^^^^
690
691 The "``.debug_pubnames``" and "``.debug_pubtypes``" formats are not what a
692 debugger needs.  The "``pub``" in the section name indicates that the entries
693 in the table are publicly visible names only.  This means no static or hidden
694 functions show up in the "``.debug_pubnames``".  No static variables or private
695 class variables are in the "``.debug_pubtypes``".  Many compilers add different
696 things to these tables, so we can't rely upon the contents between gcc, icc, or
697 clang.
698
699 The typical query given by users tends not to match up with the contents of
700 these tables.  For example, the DWARF spec states that "In the case of the name
701 of a function member or static data member of a C++ structure, class or union,
702 the name presented in the "``.debug_pubnames``" section is not the simple name
703 given by the ``DW_AT_name attribute`` of the referenced debugging information
704 entry, but rather the fully qualified name of the data or function member."
705 So the only names in these tables for complex C++ entries is a fully
706 qualified name.  Debugger users tend not to enter their search strings as
707 "``a::b::c(int,const Foo&) const``", but rather as "``c``", "``b::c``" , or
708 "``a::b::c``".  So the name entered in the name table must be demangled in
709 order to chop it up appropriately and additional names must be manually entered
710 into the table to make it effective as a name lookup table for debuggers to
711 se.
712
713 All debuggers currently ignore the "``.debug_pubnames``" table as a result of
714 its inconsistent and useless public-only name content making it a waste of
715 space in the object file.  These tables, when they are written to disk, are not
716 sorted in any way, leaving every debugger to do its own parsing and sorting.
717 These tables also include an inlined copy of the string values in the table
718 itself making the tables much larger than they need to be on disk, especially
719 for large C++ programs.
720
721 Can't we just fix the sections by adding all of the names we need to this
722 table? No, because that is not what the tables are defined to contain and we
723 won't know the difference between the old bad tables and the new good tables.
724 At best we could make our own renamed sections that contain all of the data we
725 need.
726
727 These tables are also insufficient for what a debugger like LLDB needs.  LLDB
728 uses clang for its expression parsing where LLDB acts as a PCH.  LLDB is then
729 often asked to look for type "``foo``" or namespace "``bar``", or list items in
730 namespace "``baz``".  Namespaces are not included in the pubnames or pubtypes
731 tables.  Since clang asks a lot of questions when it is parsing an expression,
732 we need to be very fast when looking up names, as it happens a lot.  Having new
733 accelerator tables that are optimized for very quick lookups will benefit this
734 type of debugging experience greatly.
735
736 We would like to generate name lookup tables that can be mapped into memory
737 from disk, and used as is, with little or no up-front parsing.  We would also
738 be able to control the exact content of these different tables so they contain
739 exactly what we need.  The Name Accelerator Tables were designed to fix these
740 issues.  In order to solve these issues we need to:
741
742 * Have a format that can be mapped into memory from disk and used as is
743 * Lookups should be very fast
744 * Extensible table format so these tables can be made by many producers
745 * Contain all of the names needed for typical lookups out of the box
746 * Strict rules for the contents of tables
747
748 Table size is important and the accelerator table format should allow the reuse
749 of strings from common string tables so the strings for the names are not
750 duplicated.  We also want to make sure the table is ready to be used as-is by
751 simply mapping the table into memory with minimal header parsing.
752
753 The name lookups need to be fast and optimized for the kinds of lookups that
754 debuggers tend to do.  Optimally we would like to touch as few parts of the
755 mapped table as possible when doing a name lookup and be able to quickly find
756 the name entry we are looking for, or discover there are no matches.  In the
757 case of debuggers we optimized for lookups that fail most of the time.
758
759 Each table that is defined should have strict rules on exactly what is in the
760 accelerator tables and documented so clients can rely on the content.
761
762 Hash Tables
763 ^^^^^^^^^^^
764
765 Standard Hash Tables
766 """"""""""""""""""""
767
768 Typical hash tables have a header, buckets, and each bucket points to the
769 bucket contents:
770
771 .. code-block:: none
772
773   .------------.
774   |  HEADER    |
775   |------------|
776   |  BUCKETS   |
777   |------------|
778   |  DATA      |
779   `------------'
780
781 The BUCKETS are an array of offsets to DATA for each hash:
782
783 .. code-block:: none
784
785   .------------.
786   | 0x00001000 | BUCKETS[0]
787   | 0x00002000 | BUCKETS[1]
788   | 0x00002200 | BUCKETS[2]
789   | 0x000034f0 | BUCKETS[3]
790   |            | ...
791   | 0xXXXXXXXX | BUCKETS[n_buckets]
792   '------------'
793
794 So for ``bucket[3]`` in the example above, we have an offset into the table
795 0x000034f0 which points to a chain of entries for the bucket.  Each bucket must
796 contain a next pointer, full 32 bit hash value, the string itself, and the data
797 for the current string value.
798
799 .. code-block:: none
800
801               .------------.
802   0x000034f0: | 0x00003500 | next pointer
803               | 0x12345678 | 32 bit hash
804               | "erase"    | string value
805               | data[n]    | HashData for this bucket
806               |------------|
807   0x00003500: | 0x00003550 | next pointer
808               | 0x29273623 | 32 bit hash
809               | "dump"     | string value
810               | data[n]    | HashData for this bucket
811               |------------|
812   0x00003550: | 0x00000000 | next pointer
813               | 0x82638293 | 32 bit hash
814               | "main"     | string value
815               | data[n]    | HashData for this bucket
816               `------------'
817
818 The problem with this layout for debuggers is that we need to optimize for the
819 negative lookup case where the symbol we're searching for is not present.  So
820 if we were to lookup "``printf``" in the table above, we would make a 32 hash
821 for "``printf``", it might match ``bucket[3]``.  We would need to go to the
822 offset 0x000034f0 and start looking to see if our 32 bit hash matches.  To do
823 so, we need to read the next pointer, then read the hash, compare it, and skip
824 to the next bucket.  Each time we are skipping many bytes in memory and
825 touching new cache pages just to do the compare on the full 32 bit hash.  All
826 of these accesses then tell us that we didn't have a match.
827
828 Name Hash Tables
829 """"""""""""""""
830
831 To solve the issues mentioned above we have structured the hash tables a bit
832 differently: a header, buckets, an array of all unique 32 bit hash values,
833 followed by an array of hash value data offsets, one for each hash value, then
834 the data for all hash values:
835
836 .. code-block:: none
837
838   .-------------.
839   |  HEADER     |
840   |-------------|
841   |  BUCKETS    |
842   |-------------|
843   |  HASHES     |
844   |-------------|
845   |  OFFSETS    |
846   |-------------|
847   |  DATA       |
848   `-------------'
849
850 The ``BUCKETS`` in the name tables are an index into the ``HASHES`` array.  By
851 making all of the full 32 bit hash values contiguous in memory, we allow
852 ourselves to efficiently check for a match while touching as little memory as
853 possible.  Most often checking the 32 bit hash values is as far as the lookup
854 goes.  If it does match, it usually is a match with no collisions.  So for a
855 table with "``n_buckets``" buckets, and "``n_hashes``" unique 32 bit hash
856 values, we can clarify the contents of the ``BUCKETS``, ``HASHES`` and
857 ``OFFSETS`` as:
858
859 .. code-block:: none
860
861   .-------------------------.
862   |  HEADER.magic           | uint32_t
863   |  HEADER.version         | uint16_t
864   |  HEADER.hash_function   | uint16_t
865   |  HEADER.bucket_count    | uint32_t
866   |  HEADER.hashes_count    | uint32_t
867   |  HEADER.header_data_len | uint32_t
868   |  HEADER_DATA            | HeaderData
869   |-------------------------|
870   |  BUCKETS                | uint32_t[n_buckets] // 32 bit hash indexes
871   |-------------------------|
872   |  HASHES                 | uint32_t[n_hashes] // 32 bit hash values
873   |-------------------------|
874   |  OFFSETS                | uint32_t[n_hashes] // 32 bit offsets to hash value data
875   |-------------------------|
876   |  ALL HASH DATA          |
877   `-------------------------'
878
879 So taking the exact same data from the standard hash example above we end up
880 with:
881
882 .. code-block:: none
883
884               .------------.
885               | HEADER     |
886               |------------|
887               |          0 | BUCKETS[0]
888               |          2 | BUCKETS[1]
889               |          5 | BUCKETS[2]
890               |          6 | BUCKETS[3]
891               |            | ...
892               |        ... | BUCKETS[n_buckets]
893               |------------|
894               | 0x........ | HASHES[0]
895               | 0x........ | HASHES[1]
896               | 0x........ | HASHES[2]
897               | 0x........ | HASHES[3]
898               | 0x........ | HASHES[4]
899               | 0x........ | HASHES[5]
900               | 0x12345678 | HASHES[6]    hash for BUCKETS[3]
901               | 0x29273623 | HASHES[7]    hash for BUCKETS[3]
902               | 0x82638293 | HASHES[8]    hash for BUCKETS[3]
903               | 0x........ | HASHES[9]
904               | 0x........ | HASHES[10]
905               | 0x........ | HASHES[11]
906               | 0x........ | HASHES[12]
907               | 0x........ | HASHES[13]
908               | 0x........ | HASHES[n_hashes]
909               |------------|
910               | 0x........ | OFFSETS[0]
911               | 0x........ | OFFSETS[1]
912               | 0x........ | OFFSETS[2]
913               | 0x........ | OFFSETS[3]
914               | 0x........ | OFFSETS[4]
915               | 0x........ | OFFSETS[5]
916               | 0x000034f0 | OFFSETS[6]   offset for BUCKETS[3]
917               | 0x00003500 | OFFSETS[7]   offset for BUCKETS[3]
918               | 0x00003550 | OFFSETS[8]   offset for BUCKETS[3]
919               | 0x........ | OFFSETS[9]
920               | 0x........ | OFFSETS[10]
921               | 0x........ | OFFSETS[11]
922               | 0x........ | OFFSETS[12]
923               | 0x........ | OFFSETS[13]
924               | 0x........ | OFFSETS[n_hashes]
925               |------------|
926               |            |
927               |            |
928               |            |
929               |            |
930               |            |
931               |------------|
932   0x000034f0: | 0x00001203 | .debug_str ("erase")
933               | 0x00000004 | A 32 bit array count - number of HashData with name "erase"
934               | 0x........ | HashData[0]
935               | 0x........ | HashData[1]
936               | 0x........ | HashData[2]
937               | 0x........ | HashData[3]
938               | 0x00000000 | String offset into .debug_str (terminate data for hash)
939               |------------|
940   0x00003500: | 0x00001203 | String offset into .debug_str ("collision")
941               | 0x00000002 | A 32 bit array count - number of HashData with name "collision"
942               | 0x........ | HashData[0]
943               | 0x........ | HashData[1]
944               | 0x00001203 | String offset into .debug_str ("dump")
945               | 0x00000003 | A 32 bit array count - number of HashData with name "dump"
946               | 0x........ | HashData[0]
947               | 0x........ | HashData[1]
948               | 0x........ | HashData[2]
949               | 0x00000000 | String offset into .debug_str (terminate data for hash)
950               |------------|
951   0x00003550: | 0x00001203 | String offset into .debug_str ("main")
952               | 0x00000009 | A 32 bit array count - number of HashData with name "main"
953               | 0x........ | HashData[0]
954               | 0x........ | HashData[1]
955               | 0x........ | HashData[2]
956               | 0x........ | HashData[3]
957               | 0x........ | HashData[4]
958               | 0x........ | HashData[5]
959               | 0x........ | HashData[6]
960               | 0x........ | HashData[7]
961               | 0x........ | HashData[8]
962               | 0x00000000 | String offset into .debug_str (terminate data for hash)
963               `------------'
964
965 So we still have all of the same data, we just organize it more efficiently for
966 debugger lookup.  If we repeat the same "``printf``" lookup from above, we
967 would hash "``printf``" and find it matches ``BUCKETS[3]`` by taking the 32 bit
968 hash value and modulo it by ``n_buckets``.  ``BUCKETS[3]`` contains "6" which
969 is the index into the ``HASHES`` table.  We would then compare any consecutive
970 32 bit hashes values in the ``HASHES`` array as long as the hashes would be in
971 ``BUCKETS[3]``.  We do this by verifying that each subsequent hash value modulo
972 ``n_buckets`` is still 3.  In the case of a failed lookup we would access the
973 memory for ``BUCKETS[3]``, and then compare a few consecutive 32 bit hashes
974 before we know that we have no match.  We don't end up marching through
975 multiple words of memory and we really keep the number of processor data cache
976 lines being accessed as small as possible.
977
978 The string hash that is used for these lookup tables is the Daniel J.
979 Bernstein hash which is also used in the ELF ``GNU_HASH`` sections.  It is a
980 very good hash for all kinds of names in programs with very few hash
981 collisions.
982
983 Empty buckets are designated by using an invalid hash index of ``UINT32_MAX``.
984
985 Details
986 ^^^^^^^
987
988 These name hash tables are designed to be generic where specializations of the
989 table get to define additional data that goes into the header ("``HeaderData``"),
990 how the string value is stored ("``KeyType``") and the content of the data for each
991 hash value.
992
993 Header Layout
994 """""""""""""
995
996 The header has a fixed part, and the specialized part.  The exact format of the
997 header is:
998
999 .. code-block:: c
1000
1001   struct Header
1002   {
1003     uint32_t   magic;           // 'HASH' magic value to allow endian detection
1004     uint16_t   version;         // Version number
1005     uint16_t   hash_function;   // The hash function enumeration that was used
1006     uint32_t   bucket_count;    // The number of buckets in this hash table
1007     uint32_t   hashes_count;    // The total number of unique hash values and hash data offsets in this table
1008     uint32_t   header_data_len; // The bytes to skip to get to the hash indexes (buckets) for correct alignment
1009                                 // Specifically the length of the following HeaderData field - this does not
1010                                 // include the size of the preceding fields
1011     HeaderData header_data;     // Implementation specific header data
1012   };
1013
1014 The header starts with a 32 bit "``magic``" value which must be ``'HASH'``
1015 encoded as an ASCII integer.  This allows the detection of the start of the
1016 hash table and also allows the table's byte order to be determined so the table
1017 can be correctly extracted.  The "``magic``" value is followed by a 16 bit
1018 ``version`` number which allows the table to be revised and modified in the
1019 future.  The current version number is 1. ``hash_function`` is a ``uint16_t``
1020 enumeration that specifies which hash function was used to produce this table.
1021 The current values for the hash function enumerations include:
1022
1023 .. code-block:: c
1024
1025   enum HashFunctionType
1026   {
1027     eHashFunctionDJB = 0u, // Daniel J Bernstein hash function
1028   };
1029
1030 ``bucket_count`` is a 32 bit unsigned integer that represents how many buckets
1031 are in the ``BUCKETS`` array.  ``hashes_count`` is the number of unique 32 bit
1032 hash values that are in the ``HASHES`` array, and is the same number of offsets
1033 are contained in the ``OFFSETS`` array.  ``header_data_len`` specifies the size
1034 in bytes of the ``HeaderData`` that is filled in by specialized versions of
1035 this table.
1036
1037 Fixed Lookup
1038 """"""""""""
1039
1040 The header is followed by the buckets, hashes, offsets, and hash value data.
1041
1042 .. code-block:: c
1043
1044   struct FixedTable
1045   {
1046     uint32_t buckets[Header.bucket_count];  // An array of hash indexes into the "hashes[]" array below
1047     uint32_t hashes [Header.hashes_count];  // Every unique 32 bit hash for the entire table is in this table
1048     uint32_t offsets[Header.hashes_count];  // An offset that corresponds to each item in the "hashes[]" array above
1049   };
1050
1051 ``buckets`` is an array of 32 bit indexes into the ``hashes`` array.  The
1052 ``hashes`` array contains all of the 32 bit hash values for all names in the
1053 hash table.  Each hash in the ``hashes`` table has an offset in the ``offsets``
1054 array that points to the data for the hash value.
1055
1056 This table setup makes it very easy to repurpose these tables to contain
1057 different data, while keeping the lookup mechanism the same for all tables.
1058 This layout also makes it possible to save the table to disk and map it in
1059 later and do very efficient name lookups with little or no parsing.
1060
1061 DWARF lookup tables can be implemented in a variety of ways and can store a lot
1062 of information for each name.  We want to make the DWARF tables extensible and
1063 able to store the data efficiently so we have used some of the DWARF features
1064 that enable efficient data storage to define exactly what kind of data we store
1065 for each name.
1066
1067 The ``HeaderData`` contains a definition of the contents of each HashData chunk.
1068 We might want to store an offset to all of the debug information entries (DIEs)
1069 for each name.  To keep things extensible, we create a list of items, or
1070 Atoms, that are contained in the data for each name.  First comes the type of
1071 the data in each atom:
1072
1073 .. code-block:: c
1074
1075   enum AtomType
1076   {
1077     eAtomTypeNULL       = 0u,
1078     eAtomTypeDIEOffset  = 1u,   // DIE offset, check form for encoding
1079     eAtomTypeCUOffset   = 2u,   // DIE offset of the compiler unit header that contains the item in question
1080     eAtomTypeTag        = 3u,   // DW_TAG_xxx value, should be encoded as DW_FORM_data1 (if no tags exceed 255) or DW_FORM_data2
1081     eAtomTypeNameFlags  = 4u,   // Flags from enum NameFlags
1082     eAtomTypeTypeFlags  = 5u,   // Flags from enum TypeFlags
1083   };
1084
1085 The enumeration values and their meanings are:
1086
1087 .. code-block:: none
1088
1089   eAtomTypeNULL       - a termination atom that specifies the end of the atom list
1090   eAtomTypeDIEOffset  - an offset into the .debug_info section for the DWARF DIE for this name
1091   eAtomTypeCUOffset   - an offset into the .debug_info section for the CU that contains the DIE
1092   eAtomTypeDIETag     - The DW_TAG_XXX enumeration value so you don't have to parse the DWARF to see what it is
1093   eAtomTypeNameFlags  - Flags for functions and global variables (isFunction, isInlined, isExternal...)
1094   eAtomTypeTypeFlags  - Flags for types (isCXXClass, isObjCClass, ...)
1095
1096 Then we allow each atom type to define the atom type and how the data for each
1097 atom type data is encoded:
1098
1099 .. code-block:: c
1100
1101   struct Atom
1102   {
1103     uint16_t type;  // AtomType enum value
1104     uint16_t form;  // DWARF DW_FORM_XXX defines
1105   };
1106
1107 The ``form`` type above is from the DWARF specification and defines the exact
1108 encoding of the data for the Atom type.  See the DWARF specification for the
1109 ``DW_FORM_`` definitions.
1110
1111 .. code-block:: c
1112
1113   struct HeaderData
1114   {
1115     uint32_t die_offset_base;
1116     uint32_t atom_count;
1117     Atoms    atoms[atom_count0];
1118   };
1119
1120 ``HeaderData`` defines the base DIE offset that should be added to any atoms
1121 that are encoded using the ``DW_FORM_ref1``, ``DW_FORM_ref2``,
1122 ``DW_FORM_ref4``, ``DW_FORM_ref8`` or ``DW_FORM_ref_udata``.  It also defines
1123 what is contained in each ``HashData`` object -- ``Atom.form`` tells us how large
1124 each field will be in the ``HashData`` and the ``Atom.type`` tells us how this data
1125 should be interpreted.
1126
1127 For the current implementations of the "``.apple_names``" (all functions +
1128 globals), the "``.apple_types``" (names of all types that are defined), and
1129 the "``.apple_namespaces``" (all namespaces), we currently set the ``Atom``
1130 array to be:
1131
1132 .. code-block:: c
1133
1134   HeaderData.atom_count = 1;
1135   HeaderData.atoms[0].type = eAtomTypeDIEOffset;
1136   HeaderData.atoms[0].form = DW_FORM_data4;
1137
1138 This defines the contents to be the DIE offset (eAtomTypeDIEOffset) that is
1139 encoded as a 32 bit value (DW_FORM_data4).  This allows a single name to have
1140 multiple matching DIEs in a single file, which could come up with an inlined
1141 function for instance.  Future tables could include more information about the
1142 DIE such as flags indicating if the DIE is a function, method, block,
1143 or inlined.
1144
1145 The KeyType for the DWARF table is a 32 bit string table offset into the
1146 ".debug_str" table.  The ".debug_str" is the string table for the DWARF which
1147 may already contain copies of all of the strings.  This helps make sure, with
1148 help from the compiler, that we reuse the strings between all of the DWARF
1149 sections and keeps the hash table size down.  Another benefit to having the
1150 compiler generate all strings as DW_FORM_strp in the debug info, is that
1151 DWARF parsing can be made much faster.
1152
1153 After a lookup is made, we get an offset into the hash data.  The hash data
1154 needs to be able to deal with 32 bit hash collisions, so the chunk of data
1155 at the offset in the hash data consists of a triple:
1156
1157 .. code-block:: c
1158
1159   uint32_t str_offset
1160   uint32_t hash_data_count
1161   HashData[hash_data_count]
1162
1163 If "str_offset" is zero, then the bucket contents are done. 99.9% of the
1164 hash data chunks contain a single item (no 32 bit hash collision):
1165
1166 .. code-block:: none
1167
1168   .------------.
1169   | 0x00001023 | uint32_t KeyType (.debug_str[0x0001023] => "main")
1170   | 0x00000004 | uint32_t HashData count
1171   | 0x........ | uint32_t HashData[0] DIE offset
1172   | 0x........ | uint32_t HashData[1] DIE offset
1173   | 0x........ | uint32_t HashData[2] DIE offset
1174   | 0x........ | uint32_t HashData[3] DIE offset
1175   | 0x00000000 | uint32_t KeyType (end of hash chain)
1176   `------------'
1177
1178 If there are collisions, you will have multiple valid string offsets:
1179
1180 .. code-block:: none
1181
1182   .------------.
1183   | 0x00001023 | uint32_t KeyType (.debug_str[0x0001023] => "main")
1184   | 0x00000004 | uint32_t HashData count
1185   | 0x........ | uint32_t HashData[0] DIE offset
1186   | 0x........ | uint32_t HashData[1] DIE offset
1187   | 0x........ | uint32_t HashData[2] DIE offset
1188   | 0x........ | uint32_t HashData[3] DIE offset
1189   | 0x00002023 | uint32_t KeyType (.debug_str[0x0002023] => "print")
1190   | 0x00000002 | uint32_t HashData count
1191   | 0x........ | uint32_t HashData[0] DIE offset
1192   | 0x........ | uint32_t HashData[1] DIE offset
1193   | 0x00000000 | uint32_t KeyType (end of hash chain)
1194   `------------'
1195
1196 Current testing with real world C++ binaries has shown that there is around 1
1197 32 bit hash collision per 100,000 name entries.
1198
1199 Contents
1200 ^^^^^^^^
1201
1202 As we said, we want to strictly define exactly what is included in the
1203 different tables.  For DWARF, we have 3 tables: "``.apple_names``",
1204 "``.apple_types``", and "``.apple_namespaces``".
1205
1206 "``.apple_names``" sections should contain an entry for each DWARF DIE whose
1207 ``DW_TAG`` is a ``DW_TAG_label``, ``DW_TAG_inlined_subroutine``, or
1208 ``DW_TAG_subprogram`` that has address attributes: ``DW_AT_low_pc``,
1209 ``DW_AT_high_pc``, ``DW_AT_ranges`` or ``DW_AT_entry_pc``.  It also contains
1210 ``DW_TAG_variable`` DIEs that have a ``DW_OP_addr`` in the location (global and
1211 static variables).  All global and static variables should be included,
1212 including those scoped within functions and classes.  For example using the
1213 following code:
1214
1215 .. code-block:: c
1216
1217   static int var = 0;
1218
1219   void f ()
1220   {
1221     static int var = 0;
1222   }
1223
1224 Both of the static ``var`` variables would be included in the table.  All
1225 functions should emit both their full names and their basenames.  For C or C++,
1226 the full name is the mangled name (if available) which is usually in the
1227 ``DW_AT_MIPS_linkage_name`` attribute, and the ``DW_AT_name`` contains the
1228 function basename.  If global or static variables have a mangled name in a
1229 ``DW_AT_MIPS_linkage_name`` attribute, this should be emitted along with the
1230 simple name found in the ``DW_AT_name`` attribute.
1231
1232 "``.apple_types``" sections should contain an entry for each DWARF DIE whose
1233 tag is one of:
1234
1235 * DW_TAG_array_type
1236 * DW_TAG_class_type
1237 * DW_TAG_enumeration_type
1238 * DW_TAG_pointer_type
1239 * DW_TAG_reference_type
1240 * DW_TAG_string_type
1241 * DW_TAG_structure_type
1242 * DW_TAG_subroutine_type
1243 * DW_TAG_typedef
1244 * DW_TAG_union_type
1245 * DW_TAG_ptr_to_member_type
1246 * DW_TAG_set_type
1247 * DW_TAG_subrange_type
1248 * DW_TAG_base_type
1249 * DW_TAG_const_type
1250 * DW_TAG_file_type
1251 * DW_TAG_namelist
1252 * DW_TAG_packed_type
1253 * DW_TAG_volatile_type
1254 * DW_TAG_restrict_type
1255 * DW_TAG_interface_type
1256 * DW_TAG_unspecified_type
1257 * DW_TAG_shared_type
1258
1259 Only entries with a ``DW_AT_name`` attribute are included, and the entry must
1260 not be a forward declaration (``DW_AT_declaration`` attribute with a non-zero
1261 value).  For example, using the following code:
1262
1263 .. code-block:: c
1264
1265   int main ()
1266   {
1267     int *b = 0;
1268     return *b;
1269   }
1270
1271 We get a few type DIEs:
1272
1273 .. code-block:: none
1274
1275   0x00000067:     TAG_base_type [5]
1276                   AT_encoding( DW_ATE_signed )
1277                   AT_name( "int" )
1278                   AT_byte_size( 0x04 )
1279
1280   0x0000006e:     TAG_pointer_type [6]
1281                   AT_type( {0x00000067} ( int ) )
1282                   AT_byte_size( 0x08 )
1283
1284 The DW_TAG_pointer_type is not included because it does not have a ``DW_AT_name``.
1285
1286 "``.apple_namespaces``" section should contain all ``DW_TAG_namespace`` DIEs.
1287 If we run into a namespace that has no name this is an anonymous namespace, and
1288 the name should be output as "``(anonymous namespace)``" (without the quotes).
1289 Why?  This matches the output of the ``abi::cxa_demangle()`` that is in the
1290 standard C++ library that demangles mangled names.
1291
1292
1293 Language Extensions and File Format Changes
1294 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1295
1296 Objective-C Extensions
1297 """"""""""""""""""""""
1298
1299 "``.apple_objc``" section should contain all ``DW_TAG_subprogram`` DIEs for an
1300 Objective-C class.  The name used in the hash table is the name of the
1301 Objective-C class itself.  If the Objective-C class has a category, then an
1302 entry is made for both the class name without the category, and for the class
1303 name with the category.  So if we have a DIE at offset 0x1234 with a name of
1304 method "``-[NSString(my_additions) stringWithSpecialString:]``", we would add
1305 an entry for "``NSString``" that points to DIE 0x1234, and an entry for
1306 "``NSString(my_additions)``" that points to 0x1234.  This allows us to quickly
1307 track down all Objective-C methods for an Objective-C class when doing
1308 expressions.  It is needed because of the dynamic nature of Objective-C where
1309 anyone can add methods to a class.  The DWARF for Objective-C methods is also
1310 emitted differently from C++ classes where the methods are not usually
1311 contained in the class definition, they are scattered about across one or more
1312 compile units.  Categories can also be defined in different shared libraries.
1313 So we need to be able to quickly find all of the methods and class functions
1314 given the Objective-C class name, or quickly find all methods and class
1315 functions for a class + category name.  This table does not contain any
1316 selector names, it just maps Objective-C class names (or class names +
1317 category) to all of the methods and class functions.  The selectors are added
1318 as function basenames in the "``.debug_names``" section.
1319
1320 In the "``.apple_names``" section for Objective-C functions, the full name is
1321 the entire function name with the brackets ("``-[NSString
1322 stringWithCString:]``") and the basename is the selector only
1323 ("``stringWithCString:``").
1324
1325 Mach-O Changes
1326 """"""""""""""
1327
1328 The sections names for the apple hash tables are for non-mach-o files.  For
1329 mach-o files, the sections should be contained in the ``__DWARF`` segment with
1330 names as follows:
1331
1332 * "``.apple_names``" -> "``__apple_names``"
1333 * "``.apple_types``" -> "``__apple_types``"
1334 * "``.apple_namespaces``" -> "``__apple_namespac``" (16 character limit)
1335 * "``.apple_objc``" -> "``__apple_objc``"
1336