DI: Prune another example
[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 :ref:`source files <format_files>`, and :ref:`program objects
157 <format_global_variables>`.  These abstract objects are used by a debugger to
158 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
165 -----------------------------
166
167 In consideration of the complexity and volume of debug information, LLVM
168 provides a specification for well formed debug descriptors.
169
170 Consumers of LLVM debug information expect the descriptors for program objects
171 to start in a canonical format, but the descriptors can include additional
172 information appended at the end that is source-language specific.  All debugging
173 information objects start with a tag to indicate what type of object it is.
174 The source-language is allowed to define its own objects, by using unreserved
175 tag numbers.  We recommend using with tags in the range 0x1000 through 0x2000
176 (there is a defined ``enum DW_TAG_user_base = 0x1000``.)
177
178 The fields of debug descriptors used internally by LLVM are restricted to only
179 the simple data types ``i32``, ``i1``, ``float``, ``double``, ``mdstring`` and
180 ``mdnode``.
181
182 .. code-block:: llvm
183
184   !1 = metadata !{
185     i32,   ;; A tag
186     ...
187   }
188
189 Most of the string and integer fields in descriptors are packed into a single,
190 null-separated ``mdstring``.  The first field of the header is always an
191 ``i32`` containing the DWARF tag value identifying the content of the
192 descriptor.
193
194 For clarity of definition in this document, these header fields are described
195 below split inside an imaginary ``DIHeader`` construct.  This is invalid
196 assembly syntax.  In valid IR, these fields are stringified and concatenated,
197 separated by ``\00``.
198
199 The details of the various descriptors follow.
200
201 Compile unit descriptors
202 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
203
204 .. code-block:: llvm
205
206   !0 = metadata !{
207     DIHeader(
208       i32,       ;; Tag = 17 (DW_TAG_compile_unit)
209       i32,       ;; DWARF language identifier (ex. DW_LANG_C89)
210       mdstring,  ;; Producer (ex. "4.0.1 LLVM (LLVM research group)")
211       i1,        ;; True if this is optimized.
212       mdstring,  ;; Flags
213       i32,       ;; Runtime version
214       mdstring,  ;; Split debug filename
215       i32        ;; Debug info emission kind (1 = Full Debug Info, 2 = Line Tables Only)
216     ),
217     metadata,  ;; Source directory (including trailing slash) & file pair
218     metadata,  ;; List of enums types
219     metadata,  ;; List of retained types
220     metadata,  ;; List of subprograms
221     metadata,  ;; List of global variables
222     metadata   ;; List of imported entities
223   }
224
225 These descriptors contain a source language ID for the file (we use the DWARF
226 3.0 ID numbers, such as ``DW_LANG_C89``, ``DW_LANG_C_plus_plus``,
227 ``DW_LANG_Cobol74``, etc), a reference to a metadata node containing a pair of
228 strings for the source file name and the working directory, as well as an
229 identifier string for the compiler that produced it.
230
231 Compile unit descriptors provide the root context for objects declared in a
232 specific compilation unit.  File descriptors are defined using this context.
233 These descriptors are collected by a named metadata ``!llvm.dbg.cu``.  They
234 keep track of subprograms, global variables, type information, and imported
235 entities (declarations and namespaces).
236
237 .. _format_files:
238
239 File descriptors
240 ^^^^^^^^^^^^^^^^
241
242 .. code-block:: llvm
243
244   !0 = metadata !{
245     DIHeader(
246       i32       ;; Tag = 41 (DW_TAG_file_type)
247     ),
248     metadata  ;; Source directory (including trailing slash) & file pair
249   }
250
251 These descriptors contain information for a file.  Global variables and top
252 level functions would be defined using this context.  File descriptors also
253 provide context for source line correspondence.
254
255 Each input file is encoded as a separate file descriptor in LLVM debugging
256 information output.
257
258 .. _format_global_variables:
259
260 Global variable descriptors
261 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
262
263 .. code-block:: llvm
264
265   !1 = metadata !{
266     DIHeader(
267       i32,      ;; Tag = 52 (DW_TAG_variable)
268       mdstring, ;; Name
269       mdstring, ;; Display name (fully qualified C++ name)
270       mdstring, ;; MIPS linkage name (for C++)
271       i32,      ;; Line number where defined
272       i1,       ;; True if the global is local to compile unit (static)
273       i1        ;; True if the global is defined in the compile unit (not extern)
274     ),
275     metadata, ;; Reference to context descriptor
276     metadata, ;; Reference to file where defined
277     metadata, ;; Reference to type descriptor
278     {}*,      ;; Reference to the global variable
279     metadata, ;; The static member declaration, if any
280   }
281
282 These descriptors provide debug information about global variables.  They
283 provide details such as name, type and where the variable is defined.  All
284 global variables are collected inside the named metadata ``!llvm.dbg.cu``.
285
286 .. _format_subprograms:
287
288 Subprogram descriptors
289 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
290
291 .. code-block:: llvm
292
293   !2 = metadata !{
294     DIHeader(
295       i32,      ;; Tag = 46 (DW_TAG_subprogram)
296       mdstring, ;; Name
297       mdstring, ;; Display name (fully qualified C++ name)
298       mdstring, ;; MIPS linkage name (for C++)
299       i32,      ;; Line number where defined
300       i1,       ;; True if the global is local to compile unit (static)
301       i1,       ;; True if the global is defined in the compile unit (not extern)
302       i32,      ;; Virtuality, e.g. dwarf::DW_VIRTUALITY__virtual
303       i32,      ;; Index into a virtual function
304       i32,      ;; Flags - Artificial, Private, Protected, Explicit, Prototyped.
305       i1,       ;; isOptimized
306       i32       ;; Line number where the scope of the subprogram begins
307     ),
308     metadata, ;; Source directory (including trailing slash) & file pair
309     metadata, ;; Reference to context descriptor
310     metadata, ;; Reference to type descriptor
311     metadata, ;; indicates which base type contains the vtable pointer for the
312               ;; derived class
313     {}*,      ;; Reference to the LLVM function
314     metadata, ;; Lists function template parameters
315     metadata, ;; Function declaration descriptor
316     metadata  ;; List of function variables
317   }
318
319 These descriptors provide debug information about functions, methods and
320 subprograms.  They provide details such as name, return types and the source
321 location where the subprogram is defined.
322
323 Block descriptors
324 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
325
326 .. code-block:: llvm
327
328   !3 = metadata !{
329     DIHeader(
330       i32,      ;; Tag = 11 (DW_TAG_lexical_block)
331       i32,      ;; Line number
332       i32,      ;; Column number
333       i32       ;; Unique ID to identify blocks from a template function
334     ),
335     metadata, ;; Source directory (including trailing slash) & file pair
336     metadata  ;; Reference to context descriptor
337   }
338
339 This descriptor provides debug information about nested blocks within a
340 subprogram.  The line number and column numbers are used to dinstinguish two
341 lexical blocks at same depth.
342
343 .. code-block:: llvm
344
345   !3 = metadata !{
346     DIHeader(
347       i32,      ;; Tag = 11 (DW_TAG_lexical_block)
348       i32       ;; DWARF path discriminator value
349     ),
350     metadata, ;; Source directory (including trailing slash) & file pair
351     metadata  ;; Reference to the scope we're annotating with a file change
352   }
353
354 This descriptor provides a wrapper around a lexical scope to handle file
355 changes in the middle of a lexical block.
356
357 .. _format_basic_type:
358
359 Basic type descriptors
360 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
361
362 .. code-block:: llvm
363
364   !4 = metadata !{
365     DIHeader(
366       i32,      ;; Tag = 36 (DW_TAG_base_type)
367       mdstring, ;; Name (may be "" for anonymous types)
368       i32,      ;; Line number where defined (may be 0)
369       i64,      ;; Size in bits
370       i64,      ;; Alignment in bits
371       i64,      ;; Offset in bits
372       i32,      ;; Flags
373       i32       ;; DWARF type encoding
374     ),
375     metadata, ;; Source directory (including trailing slash) & file pair (may be null)
376     metadata  ;; Reference to context
377   }
378
379 These descriptors define primitive types used in the code.  Example ``int``,
380 ``bool`` and ``float``.  The context provides the scope of the type, which is
381 usually the top level.  Since basic types are not usually user defined the
382 context and line number can be left as NULL and 0.  The size, alignment and
383 offset are expressed in bits and can be 64 bit values.  The alignment is used
384 to round the offset when embedded in a :ref:`composite type
385 <format_composite_type>` (example to keep float doubles on 64 bit boundaries).
386 The offset is the bit offset if embedded in a :ref:`composite type
387 <format_composite_type>`.
388
389 The type encoding provides the details of the type.  The values are typically
390 one of the following:
391
392 .. code-block:: llvm
393
394   DW_ATE_address       = 1
395   DW_ATE_boolean       = 2
396   DW_ATE_float         = 4
397   DW_ATE_signed        = 5
398   DW_ATE_signed_char   = 6
399   DW_ATE_unsigned      = 7
400   DW_ATE_unsigned_char = 8
401
402 .. _format_derived_type:
403
404 Derived type descriptors
405 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
406
407 .. code-block:: llvm
408
409   !5 = metadata !{
410     DIHeader(
411       i32,      ;; Tag (see below)
412       mdstring, ;; Name (may be "" for anonymous types)
413       i32,      ;; Line number where defined (may be 0)
414       i64,      ;; Size in bits
415       i64,      ;; Alignment in bits
416       i64,      ;; Offset in bits
417       i32       ;; Flags to encode attributes, e.g. private
418     ),
419     metadata, ;; Source directory (including trailing slash) & file pair (may be null)
420     metadata, ;; Reference to context
421     metadata, ;; Reference to type derived from
422     metadata  ;; (optional) Objective C property node
423   }
424
425 These descriptors are used to define types derived from other types.  The value
426 of the tag varies depending on the meaning.  The following are possible tag
427 values:
428
429 .. code-block:: llvm
430
431   DW_TAG_formal_parameter   = 5
432   DW_TAG_member             = 13
433   DW_TAG_pointer_type       = 15
434   DW_TAG_reference_type     = 16
435   DW_TAG_typedef            = 22
436   DW_TAG_ptr_to_member_type = 31
437   DW_TAG_const_type         = 38
438   DW_TAG_volatile_type      = 53
439   DW_TAG_restrict_type      = 55
440
441 ``DW_TAG_member`` is used to define a member of a :ref:`composite type
442 <format_composite_type>` or :ref:`subprogram <format_subprograms>`.  The type
443 of the member is the :ref:`derived type <format_derived_type>`.
444 ``DW_TAG_formal_parameter`` is used to define a member which is a formal
445 argument of a subprogram.
446
447 ``DW_TAG_typedef`` is used to provide a name for the derived type.
448
449 ``DW_TAG_pointer_type``, ``DW_TAG_reference_type``, ``DW_TAG_const_type``,
450 ``DW_TAG_volatile_type`` and ``DW_TAG_restrict_type`` are used to qualify the
451 :ref:`derived type <format_derived_type>`.
452
453 :ref:`Derived type <format_derived_type>` location can be determined from the
454 context and line number.  The size, alignment and offset are expressed in bits
455 and can be 64 bit values.  The alignment is used to round the offset when
456 embedded in a :ref:`composite type <format_composite_type>`  (example to keep
457 float doubles on 64 bit boundaries.) The offset is the bit offset if embedded
458 in a :ref:`composite type <format_composite_type>`.
459
460 Note that the ``void *`` type is expressed as a type derived from NULL.
461
462 .. _format_composite_type:
463
464 Composite type descriptors
465 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
466
467 .. code-block:: llvm
468
469   !6 = metadata !{
470     DIHeader(
471       i32,      ;; Tag (see below)
472       mdstring, ;; Name (may be "" for anonymous types)
473       i32,      ;; Line number where defined (may be 0)
474       i64,      ;; Size in bits
475       i64,      ;; Alignment in bits
476       i64,      ;; Offset in bits
477       i32,      ;; Flags
478       i32       ;; Runtime languages
479     ),
480     metadata, ;; Source directory (including trailing slash) & file pair (may be null)
481     metadata, ;; Reference to context
482     metadata, ;; Reference to type derived from
483     metadata, ;; Reference to array of member descriptors
484     metadata, ;; Base type containing the vtable pointer for this type
485     metadata, ;; Template parameters
486     mdstring  ;; A unique identifier for type uniquing purpose (may be null)
487   }
488
489 These descriptors are used to define types that are composed of 0 or more
490 elements.  The value of the tag varies depending on the meaning.  The following
491 are possible tag values:
492
493 .. code-block:: llvm
494
495   DW_TAG_array_type       = 1
496   DW_TAG_enumeration_type = 4
497   DW_TAG_structure_type   = 19
498   DW_TAG_union_type       = 23
499   DW_TAG_subroutine_type  = 21
500   DW_TAG_inheritance      = 28
501
502 The vector flag indicates that an array type is a native packed vector.
503
504 The members of array types (tag = ``DW_TAG_array_type``) are
505 :ref:`subrange descriptors <format_subrange>`, each
506 representing the range of subscripts at that level of indexing.
507
508 The members of enumeration types (tag = ``DW_TAG_enumeration_type``) are
509 :ref:`enumerator descriptors <format_enumerator>`, each representing the
510 definition of enumeration value for the set.  All enumeration type descriptors
511 are collected inside the named metadata ``!llvm.dbg.cu``.
512
513 The members of structure (tag = ``DW_TAG_structure_type``) or union (tag =
514 ``DW_TAG_union_type``) types are any one of the :ref:`basic
515 <format_basic_type>`, :ref:`derived <format_derived_type>` or :ref:`composite
516 <format_composite_type>` type descriptors, each representing a field member of
517 the structure or union.
518
519 For C++ classes (tag = ``DW_TAG_structure_type``), member descriptors provide
520 information about base classes, static members and member functions.  If a
521 member is a :ref:`derived type descriptor <format_derived_type>` and has a tag
522 of ``DW_TAG_inheritance``, then the type represents a base class.  If the member
523 of is a :ref:`global variable descriptor <format_global_variables>` then it
524 represents a static member.  And, if the member is a :ref:`subprogram
525 descriptor <format_subprograms>` then it represents a member function.  For
526 static members and member functions, ``getName()`` returns the members link or
527 the C++ mangled name.  ``getDisplayName()`` the simplied version of the name.
528
529 The first member of subroutine (tag = ``DW_TAG_subroutine_type``) type elements
530 is the return type for the subroutine.  The remaining elements are the formal
531 arguments to the subroutine.
532
533 :ref:`Composite type <format_composite_type>` location can be determined from
534 the context and line number.  The size, alignment and offset are expressed in
535 bits and can be 64 bit values.  The alignment is used to round the offset when
536 embedded in a :ref:`composite type <format_composite_type>` (as an example, to
537 keep float doubles on 64 bit boundaries).  The offset is the bit offset if
538 embedded in a :ref:`composite type <format_composite_type>`.
539
540 .. _format_subrange:
541
542 Subrange descriptors
543 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
544
545 .. code-block:: llvm
546
547   !42 = metadata !{
548     DIHeader(
549       i32,      ;; Tag = 33 (DW_TAG_subrange_type)
550       i64,      ;; Low value
551       i64       ;; High value
552     )
553   }
554
555 These descriptors are used to define ranges of array subscripts for an array
556 :ref:`composite type <format_composite_type>`.  The low value defines the lower
557 bounds typically zero for C/C++.  The high value is the upper bounds.  Values
558 are 64 bit.  ``High - Low + 1`` is the size of the array.  If ``Low > High``
559 the array bounds are not included in generated debugging information.
560
561 .. _format_enumerator:
562
563 Enumerator descriptors
564 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
565
566 .. code-block:: llvm
567
568   !6 = metadata !{
569     DIHeader(
570       i32,      ;; Tag = 40 (DW_TAG_enumerator)
571       mdstring, ;; Name
572       i64       ;; Value
573     )
574   }
575
576 These descriptors are used to define members of an enumeration :ref:`composite
577 type <format_composite_type>`, it associates the name to the value.
578
579 Local variables
580 ^^^^^^^^^^^^^^^
581
582 .. code-block:: llvm
583
584   !7 = metadata !{
585     DIHeader(
586       i32,      ;; Tag (see below)
587       mdstring, ;; Name
588       i32,      ;; 24 bit - Line number where defined
589                 ;; 8 bit - Argument number. 1 indicates 1st argument.
590       i32       ;; flags
591     ),
592     metadata, ;; Context
593     metadata, ;; Reference to file where defined
594     metadata, ;; Reference to the type descriptor
595     metadata  ;; (optional) Reference to inline location
596   }
597
598 These descriptors are used to define variables local to a sub program.  The
599 value of the tag depends on the usage of the variable:
600
601 .. code-block:: llvm
602
603   DW_TAG_auto_variable   = 256
604   DW_TAG_arg_variable    = 257
605
606 An auto variable is any variable declared in the body of the function.  An
607 argument variable is any variable that appears as a formal argument to the
608 function.
609
610 The context is either the subprogram or block where the variable is defined.
611 Name the source variable name.  Context and line indicate where the variable
612 was defined.  Type descriptor defines the declared type of the variable.
613
614 Complex Expressions
615 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
616 .. code-block:: llvm
617
618   !8 = metadata !{
619     i32,      ;; DW_TAG_expression
620     ...
621   }
622
623 Complex expressions describe variable storage locations in terms of
624 prefix-notated DWARF expressions. Currently the only supported
625 operators are ``DW_OP_plus``, ``DW_OP_deref``, and ``DW_OP_piece``.
626
627 The ``DW_OP_piece`` operator is used for (typically larger aggregate)
628 variables that are fragmented across several locations. It takes two
629 i32 arguments, an offset and a size in bytes to describe which piece
630 of the variable is at this location.
631
632
633 .. _format_common_intrinsics:
634
635 Debugger intrinsic functions
636 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
637
638 LLVM uses several intrinsic functions (name prefixed with "``llvm.dbg``") to
639 provide debug information at various points in generated code.
640
641 ``llvm.dbg.declare``
642 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
643
644 .. code-block:: llvm
645
646   void %llvm.dbg.declare(metadata, metadata)
647
648 This intrinsic provides information about a local element (e.g., variable).
649 The first argument is metadata holding the alloca for the variable.  The second
650 argument is metadata containing a description of the variable.
651
652 ``llvm.dbg.value``
653 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
654
655 .. code-block:: llvm
656
657   void %llvm.dbg.value(metadata, i64, metadata)
658
659 This intrinsic provides information when a user source variable is set to a new
660 value.  The first argument is the new value (wrapped as metadata).  The second
661 argument is the offset in the user source variable where the new value is
662 written.  The third argument is metadata containing a description of the user
663 source variable.
664
665 Object lifetimes and scoping
666 ============================
667
668 In many languages, the local variables in functions can have their lifetimes or
669 scopes limited to a subset of a function.  In the C family of languages, for
670 example, variables are only live (readable and writable) within the source
671 block that they are defined in.  In functional languages, values are only
672 readable after they have been defined.  Though this is a very obvious concept,
673 it is non-trivial to model in LLVM, because it has no notion of scoping in this
674 sense, and does not want to be tied to a language's scoping rules.
675
676 In order to handle this, the LLVM debug format uses the metadata attached to
677 llvm instructions to encode line number and scoping information.  Consider the
678 following C fragment, for example:
679
680 .. code-block:: c
681
682   1.  void foo() {
683   2.    int X = 21;
684   3.    int Y = 22;
685   4.    {
686   5.      int Z = 23;
687   6.      Z = X;
688   7.    }
689   8.    X = Y;
690   9.  }
691
692 Compiled to LLVM, this function would be represented like this:
693
694 .. code-block:: llvm
695
696   define void @foo() #0 {
697   entry:
698    %X = alloca i32, align 4
699     %Y = alloca i32, align 4
700     %Z = alloca i32, align 4
701     call void @llvm.dbg.declare(metadata !{i32* %X}, metadata !10), !dbg !12
702       ; [debug line = 2:7] [debug variable = X]
703     store i32 21, i32* %X, align 4, !dbg !12
704     call void @llvm.dbg.declare(metadata !{i32* %Y}, metadata !13), !dbg !14
705       ; [debug line = 3:7] [debug variable = Y]
706     store i32 22, i32* %Y, align 4, !dbg !14
707     call void @llvm.dbg.declare(metadata !{i32* %Z}, metadata !15), !dbg !17
708       ; [debug line = 5:9] [debug variable = Z]
709     store i32 23, i32* %Z, align 4, !dbg !17
710     %0 = load i32* %X, align 4, !dbg !18
711       [debug line = 6:5]
712     store i32 %0, i32* %Z, align 4, !dbg !18
713     %1 = load i32* %Y, align 4, !dbg !19
714       [debug line = 8:3]
715     store i32 %1, i32* %X, align 4, !dbg !19
716     ret void, !dbg !20
717   }
718
719   ; Function Attrs: nounwind readnone
720   declare void @llvm.dbg.declare(metadata, metadata) #1
721
722   attributes #0 = { nounwind ssp uwtable "less-precise-fpmad"="false"
723     "no-frame-pointer-elim"="true" "no-frame-pointer-elim-non-leaf"
724     "no-infs-fp-math"="false" "no-nans-fp-math"="false"
725     "stack-protector-buffer-size"="8" "unsafe-fp-math"="false"
726     "use-soft-float"="false" }
727   attributes #1 = { nounwind readnone }
728
729   !llvm.dbg.cu = !{!0}
730   !llvm.module.flags = !{!8}
731   !llvm.ident = !{!9}
732
733   !0 = metadata !{i32 786449, metadata !1, i32 12,
734                   metadata !"clang version 3.4 (trunk 193128) (llvm/trunk 193139)",
735                   i1 false, metadata !"", i32 0, metadata !2, metadata !2, metadata !3,
736                   metadata !2, metadata !2, metadata !""} ; [ DW_TAG_compile_unit ] \
737                     [/private/tmp/foo.c] \
738                     [DW_LANG_C99]
739   !1 = metadata !{metadata !"t.c", metadata !"/private/tmp"}
740   !2 = metadata !{i32 0}
741   !3 = metadata !{metadata !4}
742   !4 = metadata !{i32 786478, metadata !1, metadata !5, metadata !"foo",
743                   metadata !"foo", metadata !"", i32 1, metadata !6,
744                   i1 false, i1 true, i32 0, i32 0, null, i32 0, i1 false,
745                   void ()* @foo, null, null, metadata !2, i32 1}
746                   ; [ DW_TAG_subprogram ] [line 1] [def] [foo]
747   !5 = metadata !{i32 786473, metadata !1}  ; [ DW_TAG_file_type ] \
748                     [/private/tmp/t.c]
749   !6 = metadata !{i32 786453, i32 0, null, metadata !"", i32 0, i64 0, i64 0,
750                   i64 0, i32 0, null, metadata !7, i32 0, null, null, null}
751                   ; [ DW_TAG_subroutine_type ] \
752                     [line 0, size 0, align 0, offset 0] [from ]
753   !7 = metadata !{null}
754   !8 = metadata !{i32 2, metadata !"Dwarf Version", i32 2}
755   !9 = metadata !{metadata !"clang version 3.4 (trunk 193128) (llvm/trunk 193139)"}
756   !10 = metadata !{i32 786688, metadata !4, metadata !"X", metadata !5, i32 2,
757                    metadata !11, i32 0, i32 0} ; [ DW_TAG_auto_variable ] [X] \
758                      [line 2]
759   !11 = metadata !{i32 786468, null, null, metadata !"int", i32 0, i64 32,
760                    i64 32, i64 0, i32 0, i32 5} ; [ DW_TAG_base_type ] [int] \
761                      [line 0, size 32, align 32, offset 0, enc DW_ATE_signed]
762   !12 = metadata !{i32 2, i32 0, metadata !4, null}
763   !13 = metadata !{i32 786688, metadata !4, metadata !"Y", metadata !5, i32 3,
764                    metadata !11, i32 0, i32 0} ; [ DW_TAG_auto_variable ] [Y] \
765                      [line 3]
766   !14 = metadata !{i32 3, i32 0, metadata !4, null}
767   !15 = metadata !{i32 786688, metadata !16, metadata !"Z", metadata !5, i32 5,
768                    metadata !11, i32 0, i32 0} ; [ DW_TAG_auto_variable ] [Z] \
769                      [line 5]
770   !16 = metadata !{i32 786443, metadata !1, metadata !4, i32 4, i32 0, i32 0} \
771                    ; [ DW_TAG_lexical_block ] [/private/tmp/t.c]
772   !17 = metadata !{i32 5, i32 0, metadata !16, null}
773   !18 = metadata !{i32 6, i32 0, metadata !16, null}
774   !19 = metadata !{i32 8, i32 0, metadata !4, null} ; [ DW_TAG_imported_declaration ]
775   !20 = metadata !{i32 9, i32 0, metadata !4, null}
776
777 This example illustrates a few important details about LLVM debugging
778 information.  In particular, it shows how the ``llvm.dbg.declare`` intrinsic and
779 location information, which are attached to an instruction, are applied
780 together to allow a debugger to analyze the relationship between statements,
781 variable definitions, and the code used to implement the function.
782
783 .. code-block:: llvm
784
785   call void @llvm.dbg.declare(metadata !{i32* %X}, metadata !10), !dbg !12
786     ; [debug line = 2:7] [debug variable = X]
787
788 The first intrinsic ``%llvm.dbg.declare`` encodes debugging information for the
789 variable ``X``.  The metadata ``!dbg !12`` attached to the intrinsic provides
790 scope information for the variable ``X``.
791
792 .. code-block:: llvm
793
794   !12 = metadata !{i32 2, i32 0, metadata !4, null}
795   !4 = metadata !{i32 786478, metadata !1, metadata !5, metadata !"foo",
796                   metadata !"foo", metadata !"", i32 1, metadata !6,
797                   i1 false, i1 true, i32 0, i32 0, null, i32 0, i1 false,
798                   void ()* @foo, null, null, metadata !2, i32 1}
799                     ; [ DW_TAG_subprogram ] [line 1] [def] [foo]
800
801 Here ``!12`` is metadata providing location information.  It has four fields:
802 line number, column number, scope, and original scope.  The original scope
803 represents inline location if this instruction is inlined inside a caller, and
804 is null otherwise.  In this example, scope is encoded by ``!4``, a
805 :ref:`subprogram descriptor <format_subprograms>`.  This way the location
806 information attached to the intrinsics indicates that the variable ``X`` is
807 declared at line number 2 at a function level scope in function ``foo``.
808
809 Now lets take another example.
810
811 .. code-block:: llvm
812
813   call void @llvm.dbg.declare(metadata !{i32* %Z}, metadata !15), !dbg !17
814     ; [debug line = 5:9] [debug variable = Z]
815
816 The third intrinsic ``%llvm.dbg.declare`` encodes debugging information for
817 variable ``Z``.  The metadata ``!dbg !17`` attached to the intrinsic provides
818 scope information for the variable ``Z``.
819
820 .. code-block:: llvm
821
822   !16 = metadata !{i32 786443, metadata !1, metadata !4, i32 4, i32 0, i32 0} \
823                    ; [ DW_TAG_lexical_block ] [/private/tmp/t.c]
824   !17 = metadata !{i32 5, i32 0, metadata !16, null}
825
826 Here ``!15`` indicates that ``Z`` is declared at line number 5 and
827 column number 0 inside of lexical scope ``!16``.  The lexical scope itself
828 resides inside of subprogram ``!4`` described above.
829
830 The scope information attached with each instruction provides a straightforward
831 way to find instructions covered by a scope.
832
833 .. _ccxx_frontend:
834
835 C/C++ front-end specific debug information
836 ==========================================
837
838 The C and C++ front-ends represent information about the program in a format
839 that is effectively identical to `DWARF 3.0
840 <http://www.eagercon.com/dwarf/dwarf3std.htm>`_ in terms of information
841 content.  This allows code generators to trivially support native debuggers by
842 generating standard dwarf information, and contains enough information for
843 non-dwarf targets to translate it as needed.
844
845 This section describes the forms used to represent C and C++ programs.  Other
846 languages could pattern themselves after this (which itself is tuned to
847 representing programs in the same way that DWARF 3 does), or they could choose
848 to provide completely different forms if they don't fit into the DWARF model.
849 As support for debugging information gets added to the various LLVM
850 source-language front-ends, the information used should be documented here.
851
852 The following sections provide examples of a few C/C++ constructs and the debug
853 information that would best describe those constructs.  The canonical
854 references are the ``DIDescriptor`` classes defined in
855 ``include/llvm/IR/DebugInfo.h`` and the implementations of the helper functions
856 in ``lib/IR/DIBuilder.cpp``.
857
858 C/C++ source file information
859 -----------------------------
860
861 ``llvm::Instruction`` provides easy access to metadata attached with an
862 instruction.  One can extract line number information encoded in LLVM IR using
863 ``Instruction::getMetadata()`` and ``DILocation::getLineNumber()``.
864
865 .. code-block:: c++
866
867   if (MDNode *N = I->getMetadata("dbg")) {  // Here I is an LLVM instruction
868     DILocation Loc(N);                      // DILocation is in DebugInfo.h
869     unsigned Line = Loc.getLineNumber();
870     StringRef File = Loc.getFilename();
871     StringRef Dir = Loc.getDirectory();
872   }
873
874 C/C++ global variable information
875 ---------------------------------
876
877 Given an integer global variable declared as follows:
878
879 .. code-block:: c
880
881   int MyGlobal = 100;
882
883 a C/C++ front-end would generate the following descriptors:
884
885 .. code-block:: llvm
886
887   ;;
888   ;; Define the global itself.
889   ;;
890   %MyGlobal = global int 100
891   ...
892   ;;
893   ;; List of debug info of globals
894   ;;
895   !llvm.dbg.cu = !{!0}
896
897   ;; Define the compile unit.
898   !0 = metadata !{
899     ; Header(
900     ;   i32 17,                           ;; Tag
901     ;   i32 0,                            ;; Context
902     ;   i32 4,                            ;; Language
903     ;   metadata !"clang version 3.6.0 ", ;; Producer
904     ;   i1 false,                         ;; "isOptimized"?
905     ;   metadata !"",                     ;; Flags
906     ;   i32 0,                            ;; Runtime Version
907     ;   "",                               ;; Split debug filename
908     ;   1                                 ;; Full debug info
909     ; )
910     metadata !"0x11\0012\00clang version 3.6.0 \000\00\000\00\001",
911     metadata !1,                          ;; File
912     metadata !2,                          ;; Enum Types
913     metadata !2,                          ;; Retained Types
914     metadata !2,                          ;; Subprograms
915     metadata !3,                          ;; Global Variables
916     metadata !2                           ;; Imported entities
917   } ; [ DW_TAG_compile_unit ]
918
919   ;; The file/directory pair.
920   !1 = metadata !{
921     metadata !"foo.c",                                 ;; Filename
922     metadata !"/Users/dexonsmith/data/llvm/debug-info" ;; Directory
923   }
924
925   ;; An empty array.
926   !2 = metadata !{}
927
928   ;; The Array of Global Variables
929   !3 = metadata !{
930     metadata !4
931   }
932
933   ;;
934   ;; Define the global variable itself.
935   ;;
936   !4 = metadata !{
937     ; Header(
938     ;   i32 52,                          ;; Tag
939     ;   metadata !"MyGlobal",            ;; Name
940     ;   metadata !"MyGlobal",            ;; Display Name
941     ;   metadata !"",                    ;; Linkage Name
942     ;   i32 1,                           ;; Line
943     ;   i32 0,                           ;; IsLocalToUnit
944     ;   i32 1                            ;; IsDefinition
945     ; )
946     metadata !"0x34\00MyGlobal\00MyGlobal\00\001\000\001",
947     null,                              ;; Unused
948     metadata !5,                       ;; File
949     metadata !6,                       ;; Type
950     i32* @MyGlobal,                    ;; LLVM-IR Value
951     null                               ;; Static member declaration
952   } ; [ DW_TAG_variable ]
953
954   ;;
955   ;; Define the file
956   ;;
957   !5 = metadata !{
958     Header(
959       i32 41               ;; Tag
960     ), ;; metadata !"0x29"
961     metadata !1            ;; File/directory pair
962   } ; [ DW_TAG_file_type ]
963
964   ;;
965   ;; Define the type
966   ;;
967   !6 = metadata !{
968     ; Header(
969     ;   i32 36,                         ;; Tag
970     ;   metadata !"int",                ;; Name
971     ;   i32 0,                          ;; Line
972     ;   i64 32,                         ;; Size in Bits
973     ;   i64 32,                         ;; Align in Bits
974     ;   i64 0,                          ;; Offset
975     ;   i32 0,                          ;; Flags
976     ;   i32 5                           ;; Encoding
977     ; )
978     metadata !"0x24\00int\000\0032\0032\000\000\005",
979     null,                             ;; Unused
980     null                              ;; Unused
981   } ; [ DW_TAG_base_type ]
982
983 C/C++ function information
984 --------------------------
985
986 Given a function declared as follows:
987
988 .. code-block:: c
989
990   int main(int argc, char *argv[]) {
991     return 0;
992   }
993
994 a C/C++ front-end would generate the following descriptors:
995
996 .. code-block:: llvm
997
998   ;;
999   ;; Define the anchor for subprograms.
1000   ;;
1001   !6 = metadata !{
1002     ; Header(
1003     ;   i32 46,            ;; Tag
1004     ;   metadata !"main",  ;; Name
1005     ;   metadata !"main",  ;; Display name
1006     ;   metadata !"",      ;; Linkage name
1007     ;   i32 1,             ;; Line number
1008     ;   i1 false,          ;; Is local
1009     ;   i1 true,           ;; Is definition
1010     ;   i32 0,             ;; Virtuality attribute, e.g. pure virtual function
1011     ;   i32 0,             ;; Index into virtual table for C++ methods
1012     ;   i32 256,           ;; Flags
1013     ;   i1 0,              ;; True if this function is optimized
1014     ;   1                  ;; Line number of the opening '{' of the function
1015     ; )
1016     metadata !"0x2e\00main\00main\00\001\000\001\000\000\00256\000\001",
1017     metadata !1,            ;; File
1018     metadata !5,            ;; Context
1019     metadata !6,            ;; Type
1020     null,                   ;; Containing type
1021     i32 (i32, i8**)* @main, ;; Pointer to llvm::Function
1022     null,                   ;; Function template parameters
1023     null,                   ;; Function declaration
1024     metadata !2             ;; List of function variables (emitted when optimizing)
1025   }
1026
1027   ;;
1028   ;; Define the subprogram itself.
1029   ;;
1030   define i32 @main(i32 %argc, i8** %argv) {
1031   ...
1032   }
1033
1034 Debugging information format
1035 ============================
1036
1037 Debugging Information Extension for Objective C Properties
1038 ----------------------------------------------------------
1039
1040 Introduction
1041 ^^^^^^^^^^^^
1042
1043 Objective C provides a simpler way to declare and define accessor methods using
1044 declared properties.  The language provides features to declare a property and
1045 to let compiler synthesize accessor methods.
1046
1047 The debugger lets developer inspect Objective C interfaces and their instance
1048 variables and class variables.  However, the debugger does not know anything
1049 about the properties defined in Objective C interfaces.  The debugger consumes
1050 information generated by compiler in DWARF format.  The format does not support
1051 encoding of Objective C properties.  This proposal describes DWARF extensions to
1052 encode Objective C properties, which the debugger can use to let developers
1053 inspect Objective C properties.
1054
1055 Proposal
1056 ^^^^^^^^
1057
1058 Objective C properties exist separately from class members.  A property can be
1059 defined only by "setter" and "getter" selectors, and be calculated anew on each
1060 access.  Or a property can just be a direct access to some declared ivar.
1061 Finally it can have an ivar "automatically synthesized" for it by the compiler,
1062 in which case the property can be referred to in user code directly using the
1063 standard C dereference syntax as well as through the property "dot" syntax, but
1064 there is no entry in the ``@interface`` declaration corresponding to this ivar.
1065
1066 To facilitate debugging, these properties we will add a new DWARF TAG into the
1067 ``DW_TAG_structure_type`` definition for the class to hold the description of a
1068 given property, and a set of DWARF attributes that provide said description.
1069 The property tag will also contain the name and declared type of the property.
1070
1071 If there is a related ivar, there will also be a DWARF property attribute placed
1072 in the ``DW_TAG_member`` DIE for that ivar referring back to the property TAG
1073 for that property.  And in the case where the compiler synthesizes the ivar
1074 directly, the compiler is expected to generate a ``DW_TAG_member`` for that
1075 ivar (with the ``DW_AT_artificial`` set to 1), whose name will be the name used
1076 to access this ivar directly in code, and with the property attribute pointing
1077 back to the property it is backing.
1078
1079 The following examples will serve as illustration for our discussion:
1080
1081 .. code-block:: objc
1082
1083   @interface I1 {
1084     int n2;
1085   }
1086
1087   @property int p1;
1088   @property int p2;
1089   @end
1090
1091   @implementation I1
1092   @synthesize p1;
1093   @synthesize p2 = n2;
1094   @end
1095
1096 This produces the following DWARF (this is a "pseudo dwarfdump" output):
1097
1098 .. code-block:: none
1099
1100   0x00000100:  TAG_structure_type [7] *
1101                  AT_APPLE_runtime_class( 0x10 )
1102                  AT_name( "I1" )
1103                  AT_decl_file( "Objc_Property.m" )
1104                  AT_decl_line( 3 )
1105
1106   0x00000110    TAG_APPLE_property
1107                   AT_name ( "p1" )
1108                   AT_type ( {0x00000150} ( int ) )
1109
1110   0x00000120:   TAG_APPLE_property
1111                   AT_name ( "p2" )
1112                   AT_type ( {0x00000150} ( int ) )
1113
1114   0x00000130:   TAG_member [8]
1115                   AT_name( "_p1" )
1116                   AT_APPLE_property ( {0x00000110} "p1" )
1117                   AT_type( {0x00000150} ( int ) )
1118                   AT_artificial ( 0x1 )
1119
1120   0x00000140:    TAG_member [8]
1121                    AT_name( "n2" )
1122                    AT_APPLE_property ( {0x00000120} "p2" )
1123                    AT_type( {0x00000150} ( int ) )
1124
1125   0x00000150:  AT_type( ( int ) )
1126
1127 Note, the current convention is that the name of the ivar for an
1128 auto-synthesized property is the name of the property from which it derives
1129 with an underscore prepended, as is shown in the example.  But we actually
1130 don't need to know this convention, since we are given the name of the ivar
1131 directly.
1132
1133 Also, it is common practice in ObjC to have different property declarations in
1134 the @interface and @implementation - e.g. to provide a read-only property in
1135 the interface,and a read-write interface in the implementation.  In that case,
1136 the compiler should emit whichever property declaration will be in force in the
1137 current translation unit.
1138
1139 Developers can decorate a property with attributes which are encoded using
1140 ``DW_AT_APPLE_property_attribute``.
1141
1142 .. code-block:: objc
1143
1144   @property (readonly, nonatomic) int pr;
1145
1146 .. code-block:: none
1147
1148   TAG_APPLE_property [8]
1149     AT_name( "pr" )
1150     AT_type ( {0x00000147} (int) )
1151     AT_APPLE_property_attribute (DW_APPLE_PROPERTY_readonly, DW_APPLE_PROPERTY_nonatomic)
1152
1153 The setter and getter method names are attached to the property using
1154 ``DW_AT_APPLE_property_setter`` and ``DW_AT_APPLE_property_getter`` attributes.
1155
1156 .. code-block:: objc
1157
1158   @interface I1
1159   @property (setter=myOwnP3Setter:) int p3;
1160   -(void)myOwnP3Setter:(int)a;
1161   @end
1162
1163   @implementation I1
1164   @synthesize p3;
1165   -(void)myOwnP3Setter:(int)a{ }
1166   @end
1167
1168 The DWARF for this would be:
1169
1170 .. code-block:: none
1171
1172   0x000003bd: TAG_structure_type [7] *
1173                 AT_APPLE_runtime_class( 0x10 )
1174                 AT_name( "I1" )
1175                 AT_decl_file( "Objc_Property.m" )
1176                 AT_decl_line( 3 )
1177
1178   0x000003cd      TAG_APPLE_property
1179                     AT_name ( "p3" )
1180                     AT_APPLE_property_setter ( "myOwnP3Setter:" )
1181                     AT_type( {0x00000147} ( int ) )
1182
1183   0x000003f3:     TAG_member [8]
1184                     AT_name( "_p3" )
1185                     AT_type ( {0x00000147} ( int ) )
1186                     AT_APPLE_property ( {0x000003cd} )
1187                     AT_artificial ( 0x1 )
1188
1189 New DWARF Tags
1190 ^^^^^^^^^^^^^^
1191
1192 +-----------------------+--------+
1193 | TAG                   | Value  |
1194 +=======================+========+
1195 | DW_TAG_APPLE_property | 0x4200 |
1196 +-----------------------+--------+
1197
1198 New DWARF Attributes
1199 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1200
1201 +--------------------------------+--------+-----------+
1202 | Attribute                      | Value  | Classes   |
1203 +================================+========+===========+
1204 | DW_AT_APPLE_property           | 0x3fed | Reference |
1205 +--------------------------------+--------+-----------+
1206 | DW_AT_APPLE_property_getter    | 0x3fe9 | String    |
1207 +--------------------------------+--------+-----------+
1208 | DW_AT_APPLE_property_setter    | 0x3fea | String    |
1209 +--------------------------------+--------+-----------+
1210 | DW_AT_APPLE_property_attribute | 0x3feb | Constant  |
1211 +--------------------------------+--------+-----------+
1212
1213 New DWARF Constants
1214 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1215
1216 +--------------------------------+-------+
1217 | Name                           | Value |
1218 +================================+=======+
1219 | DW_AT_APPLE_PROPERTY_readonly  | 0x1   |
1220 +--------------------------------+-------+
1221 | DW_AT_APPLE_PROPERTY_readwrite | 0x2   |
1222 +--------------------------------+-------+
1223 | DW_AT_APPLE_PROPERTY_assign    | 0x4   |
1224 +--------------------------------+-------+
1225 | DW_AT_APPLE_PROPERTY_retain    | 0x8   |
1226 +--------------------------------+-------+
1227 | DW_AT_APPLE_PROPERTY_copy      | 0x10  |
1228 +--------------------------------+-------+
1229 | DW_AT_APPLE_PROPERTY_nonatomic | 0x20  |
1230 +--------------------------------+-------+
1231
1232 Name Accelerator Tables
1233 -----------------------
1234
1235 Introduction
1236 ^^^^^^^^^^^^
1237
1238 The "``.debug_pubnames``" and "``.debug_pubtypes``" formats are not what a
1239 debugger needs.  The "``pub``" in the section name indicates that the entries
1240 in the table are publicly visible names only.  This means no static or hidden
1241 functions show up in the "``.debug_pubnames``".  No static variables or private
1242 class variables are in the "``.debug_pubtypes``".  Many compilers add different
1243 things to these tables, so we can't rely upon the contents between gcc, icc, or
1244 clang.
1245
1246 The typical query given by users tends not to match up with the contents of
1247 these tables.  For example, the DWARF spec states that "In the case of the name
1248 of a function member or static data member of a C++ structure, class or union,
1249 the name presented in the "``.debug_pubnames``" section is not the simple name
1250 given by the ``DW_AT_name attribute`` of the referenced debugging information
1251 entry, but rather the fully qualified name of the data or function member."
1252 So the only names in these tables for complex C++ entries is a fully
1253 qualified name.  Debugger users tend not to enter their search strings as
1254 "``a::b::c(int,const Foo&) const``", but rather as "``c``", "``b::c``" , or
1255 "``a::b::c``".  So the name entered in the name table must be demangled in
1256 order to chop it up appropriately and additional names must be manually entered
1257 into the table to make it effective as a name lookup table for debuggers to
1258 se.
1259
1260 All debuggers currently ignore the "``.debug_pubnames``" table as a result of
1261 its inconsistent and useless public-only name content making it a waste of
1262 space in the object file.  These tables, when they are written to disk, are not
1263 sorted in any way, leaving every debugger to do its own parsing and sorting.
1264 These tables also include an inlined copy of the string values in the table
1265 itself making the tables much larger than they need to be on disk, especially
1266 for large C++ programs.
1267
1268 Can't we just fix the sections by adding all of the names we need to this
1269 table? No, because that is not what the tables are defined to contain and we
1270 won't know the difference between the old bad tables and the new good tables.
1271 At best we could make our own renamed sections that contain all of the data we
1272 need.
1273
1274 These tables are also insufficient for what a debugger like LLDB needs.  LLDB
1275 uses clang for its expression parsing where LLDB acts as a PCH.  LLDB is then
1276 often asked to look for type "``foo``" or namespace "``bar``", or list items in
1277 namespace "``baz``".  Namespaces are not included in the pubnames or pubtypes
1278 tables.  Since clang asks a lot of questions when it is parsing an expression,
1279 we need to be very fast when looking up names, as it happens a lot.  Having new
1280 accelerator tables that are optimized for very quick lookups will benefit this
1281 type of debugging experience greatly.
1282
1283 We would like to generate name lookup tables that can be mapped into memory
1284 from disk, and used as is, with little or no up-front parsing.  We would also
1285 be able to control the exact content of these different tables so they contain
1286 exactly what we need.  The Name Accelerator Tables were designed to fix these
1287 issues.  In order to solve these issues we need to:
1288
1289 * Have a format that can be mapped into memory from disk and used as is
1290 * Lookups should be very fast
1291 * Extensible table format so these tables can be made by many producers
1292 * Contain all of the names needed for typical lookups out of the box
1293 * Strict rules for the contents of tables
1294
1295 Table size is important and the accelerator table format should allow the reuse
1296 of strings from common string tables so the strings for the names are not
1297 duplicated.  We also want to make sure the table is ready to be used as-is by
1298 simply mapping the table into memory with minimal header parsing.
1299
1300 The name lookups need to be fast and optimized for the kinds of lookups that
1301 debuggers tend to do.  Optimally we would like to touch as few parts of the
1302 mapped table as possible when doing a name lookup and be able to quickly find
1303 the name entry we are looking for, or discover there are no matches.  In the
1304 case of debuggers we optimized for lookups that fail most of the time.
1305
1306 Each table that is defined should have strict rules on exactly what is in the
1307 accelerator tables and documented so clients can rely on the content.
1308
1309 Hash Tables
1310 ^^^^^^^^^^^
1311
1312 Standard Hash Tables
1313 """"""""""""""""""""
1314
1315 Typical hash tables have a header, buckets, and each bucket points to the
1316 bucket contents:
1317
1318 .. code-block:: none
1319
1320   .------------.
1321   |  HEADER    |
1322   |------------|
1323   |  BUCKETS   |
1324   |------------|
1325   |  DATA      |
1326   `------------'
1327
1328 The BUCKETS are an array of offsets to DATA for each hash:
1329
1330 .. code-block:: none
1331
1332   .------------.
1333   | 0x00001000 | BUCKETS[0]
1334   | 0x00002000 | BUCKETS[1]
1335   | 0x00002200 | BUCKETS[2]
1336   | 0x000034f0 | BUCKETS[3]
1337   |            | ...
1338   | 0xXXXXXXXX | BUCKETS[n_buckets]
1339   '------------'
1340
1341 So for ``bucket[3]`` in the example above, we have an offset into the table
1342 0x000034f0 which points to a chain of entries for the bucket.  Each bucket must
1343 contain a next pointer, full 32 bit hash value, the string itself, and the data
1344 for the current string value.
1345
1346 .. code-block:: none
1347
1348               .------------.
1349   0x000034f0: | 0x00003500 | next pointer
1350               | 0x12345678 | 32 bit hash
1351               | "erase"    | string value
1352               | data[n]    | HashData for this bucket
1353               |------------|
1354   0x00003500: | 0x00003550 | next pointer
1355               | 0x29273623 | 32 bit hash
1356               | "dump"     | string value
1357               | data[n]    | HashData for this bucket
1358               |------------|
1359   0x00003550: | 0x00000000 | next pointer
1360               | 0x82638293 | 32 bit hash
1361               | "main"     | string value
1362               | data[n]    | HashData for this bucket
1363               `------------'
1364
1365 The problem with this layout for debuggers is that we need to optimize for the
1366 negative lookup case where the symbol we're searching for is not present.  So
1367 if we were to lookup "``printf``" in the table above, we would make a 32 hash
1368 for "``printf``", it might match ``bucket[3]``.  We would need to go to the
1369 offset 0x000034f0 and start looking to see if our 32 bit hash matches.  To do
1370 so, we need to read the next pointer, then read the hash, compare it, and skip
1371 to the next bucket.  Each time we are skipping many bytes in memory and
1372 touching new cache pages just to do the compare on the full 32 bit hash.  All
1373 of these accesses then tell us that we didn't have a match.
1374
1375 Name Hash Tables
1376 """"""""""""""""
1377
1378 To solve the issues mentioned above we have structured the hash tables a bit
1379 differently: a header, buckets, an array of all unique 32 bit hash values,
1380 followed by an array of hash value data offsets, one for each hash value, then
1381 the data for all hash values:
1382
1383 .. code-block:: none
1384
1385   .-------------.
1386   |  HEADER     |
1387   |-------------|
1388   |  BUCKETS    |
1389   |-------------|
1390   |  HASHES     |
1391   |-------------|
1392   |  OFFSETS    |
1393   |-------------|
1394   |  DATA       |
1395   `-------------'
1396
1397 The ``BUCKETS`` in the name tables are an index into the ``HASHES`` array.  By
1398 making all of the full 32 bit hash values contiguous in memory, we allow
1399 ourselves to efficiently check for a match while touching as little memory as
1400 possible.  Most often checking the 32 bit hash values is as far as the lookup
1401 goes.  If it does match, it usually is a match with no collisions.  So for a
1402 table with "``n_buckets``" buckets, and "``n_hashes``" unique 32 bit hash
1403 values, we can clarify the contents of the ``BUCKETS``, ``HASHES`` and
1404 ``OFFSETS`` as:
1405
1406 .. code-block:: none
1407
1408   .-------------------------.
1409   |  HEADER.magic           | uint32_t
1410   |  HEADER.version         | uint16_t
1411   |  HEADER.hash_function   | uint16_t
1412   |  HEADER.bucket_count    | uint32_t
1413   |  HEADER.hashes_count    | uint32_t
1414   |  HEADER.header_data_len | uint32_t
1415   |  HEADER_DATA            | HeaderData
1416   |-------------------------|
1417   |  BUCKETS                | uint32_t[n_buckets] // 32 bit hash indexes
1418   |-------------------------|
1419   |  HASHES                 | uint32_t[n_hashes] // 32 bit hash values
1420   |-------------------------|
1421   |  OFFSETS                | uint32_t[n_hashes] // 32 bit offsets to hash value data
1422   |-------------------------|
1423   |  ALL HASH DATA          |
1424   `-------------------------'
1425
1426 So taking the exact same data from the standard hash example above we end up
1427 with:
1428
1429 .. code-block:: none
1430
1431               .------------.
1432               | HEADER     |
1433               |------------|
1434               |          0 | BUCKETS[0]
1435               |          2 | BUCKETS[1]
1436               |          5 | BUCKETS[2]
1437               |          6 | BUCKETS[3]
1438               |            | ...
1439               |        ... | BUCKETS[n_buckets]
1440               |------------|
1441               | 0x........ | HASHES[0]
1442               | 0x........ | HASHES[1]
1443               | 0x........ | HASHES[2]
1444               | 0x........ | HASHES[3]
1445               | 0x........ | HASHES[4]
1446               | 0x........ | HASHES[5]
1447               | 0x12345678 | HASHES[6]    hash for BUCKETS[3]
1448               | 0x29273623 | HASHES[7]    hash for BUCKETS[3]
1449               | 0x82638293 | HASHES[8]    hash for BUCKETS[3]
1450               | 0x........ | HASHES[9]
1451               | 0x........ | HASHES[10]
1452               | 0x........ | HASHES[11]
1453               | 0x........ | HASHES[12]
1454               | 0x........ | HASHES[13]
1455               | 0x........ | HASHES[n_hashes]
1456               |------------|
1457               | 0x........ | OFFSETS[0]
1458               | 0x........ | OFFSETS[1]
1459               | 0x........ | OFFSETS[2]
1460               | 0x........ | OFFSETS[3]
1461               | 0x........ | OFFSETS[4]
1462               | 0x........ | OFFSETS[5]
1463               | 0x000034f0 | OFFSETS[6]   offset for BUCKETS[3]
1464               | 0x00003500 | OFFSETS[7]   offset for BUCKETS[3]
1465               | 0x00003550 | OFFSETS[8]   offset for BUCKETS[3]
1466               | 0x........ | OFFSETS[9]
1467               | 0x........ | OFFSETS[10]
1468               | 0x........ | OFFSETS[11]
1469               | 0x........ | OFFSETS[12]
1470               | 0x........ | OFFSETS[13]
1471               | 0x........ | OFFSETS[n_hashes]
1472               |------------|
1473               |            |
1474               |            |
1475               |            |
1476               |            |
1477               |            |
1478               |------------|
1479   0x000034f0: | 0x00001203 | .debug_str ("erase")
1480               | 0x00000004 | A 32 bit array count - number of HashData with name "erase"
1481               | 0x........ | HashData[0]
1482               | 0x........ | HashData[1]
1483               | 0x........ | HashData[2]
1484               | 0x........ | HashData[3]
1485               | 0x00000000 | String offset into .debug_str (terminate data for hash)
1486               |------------|
1487   0x00003500: | 0x00001203 | String offset into .debug_str ("collision")
1488               | 0x00000002 | A 32 bit array count - number of HashData with name "collision"
1489               | 0x........ | HashData[0]
1490               | 0x........ | HashData[1]
1491               | 0x00001203 | String offset into .debug_str ("dump")
1492               | 0x00000003 | A 32 bit array count - number of HashData with name "dump"
1493               | 0x........ | HashData[0]
1494               | 0x........ | HashData[1]
1495               | 0x........ | HashData[2]
1496               | 0x00000000 | String offset into .debug_str (terminate data for hash)
1497               |------------|
1498   0x00003550: | 0x00001203 | String offset into .debug_str ("main")
1499               | 0x00000009 | A 32 bit array count - number of HashData with name "main"
1500               | 0x........ | HashData[0]
1501               | 0x........ | HashData[1]
1502               | 0x........ | HashData[2]
1503               | 0x........ | HashData[3]
1504               | 0x........ | HashData[4]
1505               | 0x........ | HashData[5]
1506               | 0x........ | HashData[6]
1507               | 0x........ | HashData[7]
1508               | 0x........ | HashData[8]
1509               | 0x00000000 | String offset into .debug_str (terminate data for hash)
1510               `------------'
1511
1512 So we still have all of the same data, we just organize it more efficiently for
1513 debugger lookup.  If we repeat the same "``printf``" lookup from above, we
1514 would hash "``printf``" and find it matches ``BUCKETS[3]`` by taking the 32 bit
1515 hash value and modulo it by ``n_buckets``.  ``BUCKETS[3]`` contains "6" which
1516 is the index into the ``HASHES`` table.  We would then compare any consecutive
1517 32 bit hashes values in the ``HASHES`` array as long as the hashes would be in
1518 ``BUCKETS[3]``.  We do this by verifying that each subsequent hash value modulo
1519 ``n_buckets`` is still 3.  In the case of a failed lookup we would access the
1520 memory for ``BUCKETS[3]``, and then compare a few consecutive 32 bit hashes
1521 before we know that we have no match.  We don't end up marching through
1522 multiple words of memory and we really keep the number of processor data cache
1523 lines being accessed as small as possible.
1524
1525 The string hash that is used for these lookup tables is the Daniel J.
1526 Bernstein hash which is also used in the ELF ``GNU_HASH`` sections.  It is a
1527 very good hash for all kinds of names in programs with very few hash
1528 collisions.
1529
1530 Empty buckets are designated by using an invalid hash index of ``UINT32_MAX``.
1531
1532 Details
1533 ^^^^^^^
1534
1535 These name hash tables are designed to be generic where specializations of the
1536 table get to define additional data that goes into the header ("``HeaderData``"),
1537 how the string value is stored ("``KeyType``") and the content of the data for each
1538 hash value.
1539
1540 Header Layout
1541 """""""""""""
1542
1543 The header has a fixed part, and the specialized part.  The exact format of the
1544 header is:
1545
1546 .. code-block:: c
1547
1548   struct Header
1549   {
1550     uint32_t   magic;           // 'HASH' magic value to allow endian detection
1551     uint16_t   version;         // Version number
1552     uint16_t   hash_function;   // The hash function enumeration that was used
1553     uint32_t   bucket_count;    // The number of buckets in this hash table
1554     uint32_t   hashes_count;    // The total number of unique hash values and hash data offsets in this table
1555     uint32_t   header_data_len; // The bytes to skip to get to the hash indexes (buckets) for correct alignment
1556                                 // Specifically the length of the following HeaderData field - this does not
1557                                 // include the size of the preceding fields
1558     HeaderData header_data;     // Implementation specific header data
1559   };
1560
1561 The header starts with a 32 bit "``magic``" value which must be ``'HASH'``
1562 encoded as an ASCII integer.  This allows the detection of the start of the
1563 hash table and also allows the table's byte order to be determined so the table
1564 can be correctly extracted.  The "``magic``" value is followed by a 16 bit
1565 ``version`` number which allows the table to be revised and modified in the
1566 future.  The current version number is 1. ``hash_function`` is a ``uint16_t``
1567 enumeration that specifies which hash function was used to produce this table.
1568 The current values for the hash function enumerations include:
1569
1570 .. code-block:: c
1571
1572   enum HashFunctionType
1573   {
1574     eHashFunctionDJB = 0u, // Daniel J Bernstein hash function
1575   };
1576
1577 ``bucket_count`` is a 32 bit unsigned integer that represents how many buckets
1578 are in the ``BUCKETS`` array.  ``hashes_count`` is the number of unique 32 bit
1579 hash values that are in the ``HASHES`` array, and is the same number of offsets
1580 are contained in the ``OFFSETS`` array.  ``header_data_len`` specifies the size
1581 in bytes of the ``HeaderData`` that is filled in by specialized versions of
1582 this table.
1583
1584 Fixed Lookup
1585 """"""""""""
1586
1587 The header is followed by the buckets, hashes, offsets, and hash value data.
1588
1589 .. code-block:: c
1590
1591   struct FixedTable
1592   {
1593     uint32_t buckets[Header.bucket_count];  // An array of hash indexes into the "hashes[]" array below
1594     uint32_t hashes [Header.hashes_count];  // Every unique 32 bit hash for the entire table is in this table
1595     uint32_t offsets[Header.hashes_count];  // An offset that corresponds to each item in the "hashes[]" array above
1596   };
1597
1598 ``buckets`` is an array of 32 bit indexes into the ``hashes`` array.  The
1599 ``hashes`` array contains all of the 32 bit hash values for all names in the
1600 hash table.  Each hash in the ``hashes`` table has an offset in the ``offsets``
1601 array that points to the data for the hash value.
1602
1603 This table setup makes it very easy to repurpose these tables to contain
1604 different data, while keeping the lookup mechanism the same for all tables.
1605 This layout also makes it possible to save the table to disk and map it in
1606 later and do very efficient name lookups with little or no parsing.
1607
1608 DWARF lookup tables can be implemented in a variety of ways and can store a lot
1609 of information for each name.  We want to make the DWARF tables extensible and
1610 able to store the data efficiently so we have used some of the DWARF features
1611 that enable efficient data storage to define exactly what kind of data we store
1612 for each name.
1613
1614 The ``HeaderData`` contains a definition of the contents of each HashData chunk.
1615 We might want to store an offset to all of the debug information entries (DIEs)
1616 for each name.  To keep things extensible, we create a list of items, or
1617 Atoms, that are contained in the data for each name.  First comes the type of
1618 the data in each atom:
1619
1620 .. code-block:: c
1621
1622   enum AtomType
1623   {
1624     eAtomTypeNULL       = 0u,
1625     eAtomTypeDIEOffset  = 1u,   // DIE offset, check form for encoding
1626     eAtomTypeCUOffset   = 2u,   // DIE offset of the compiler unit header that contains the item in question
1627     eAtomTypeTag        = 3u,   // DW_TAG_xxx value, should be encoded as DW_FORM_data1 (if no tags exceed 255) or DW_FORM_data2
1628     eAtomTypeNameFlags  = 4u,   // Flags from enum NameFlags
1629     eAtomTypeTypeFlags  = 5u,   // Flags from enum TypeFlags
1630   };
1631
1632 The enumeration values and their meanings are:
1633
1634 .. code-block:: none
1635
1636   eAtomTypeNULL       - a termination atom that specifies the end of the atom list
1637   eAtomTypeDIEOffset  - an offset into the .debug_info section for the DWARF DIE for this name
1638   eAtomTypeCUOffset   - an offset into the .debug_info section for the CU that contains the DIE
1639   eAtomTypeDIETag     - The DW_TAG_XXX enumeration value so you don't have to parse the DWARF to see what it is
1640   eAtomTypeNameFlags  - Flags for functions and global variables (isFunction, isInlined, isExternal...)
1641   eAtomTypeTypeFlags  - Flags for types (isCXXClass, isObjCClass, ...)
1642
1643 Then we allow each atom type to define the atom type and how the data for each
1644 atom type data is encoded:
1645
1646 .. code-block:: c
1647
1648   struct Atom
1649   {
1650     uint16_t type;  // AtomType enum value
1651     uint16_t form;  // DWARF DW_FORM_XXX defines
1652   };
1653
1654 The ``form`` type above is from the DWARF specification and defines the exact
1655 encoding of the data for the Atom type.  See the DWARF specification for the
1656 ``DW_FORM_`` definitions.
1657
1658 .. code-block:: c
1659
1660   struct HeaderData
1661   {
1662     uint32_t die_offset_base;
1663     uint32_t atom_count;
1664     Atoms    atoms[atom_count0];
1665   };
1666
1667 ``HeaderData`` defines the base DIE offset that should be added to any atoms
1668 that are encoded using the ``DW_FORM_ref1``, ``DW_FORM_ref2``,
1669 ``DW_FORM_ref4``, ``DW_FORM_ref8`` or ``DW_FORM_ref_udata``.  It also defines
1670 what is contained in each ``HashData`` object -- ``Atom.form`` tells us how large
1671 each field will be in the ``HashData`` and the ``Atom.type`` tells us how this data
1672 should be interpreted.
1673
1674 For the current implementations of the "``.apple_names``" (all functions +
1675 globals), the "``.apple_types``" (names of all types that are defined), and
1676 the "``.apple_namespaces``" (all namespaces), we currently set the ``Atom``
1677 array to be:
1678
1679 .. code-block:: c
1680
1681   HeaderData.atom_count = 1;
1682   HeaderData.atoms[0].type = eAtomTypeDIEOffset;
1683   HeaderData.atoms[0].form = DW_FORM_data4;
1684
1685 This defines the contents to be the DIE offset (eAtomTypeDIEOffset) that is
1686 encoded as a 32 bit value (DW_FORM_data4).  This allows a single name to have
1687 multiple matching DIEs in a single file, which could come up with an inlined
1688 function for instance.  Future tables could include more information about the
1689 DIE such as flags indicating if the DIE is a function, method, block,
1690 or inlined.
1691
1692 The KeyType for the DWARF table is a 32 bit string table offset into the
1693 ".debug_str" table.  The ".debug_str" is the string table for the DWARF which
1694 may already contain copies of all of the strings.  This helps make sure, with
1695 help from the compiler, that we reuse the strings between all of the DWARF
1696 sections and keeps the hash table size down.  Another benefit to having the
1697 compiler generate all strings as DW_FORM_strp in the debug info, is that
1698 DWARF parsing can be made much faster.
1699
1700 After a lookup is made, we get an offset into the hash data.  The hash data
1701 needs to be able to deal with 32 bit hash collisions, so the chunk of data
1702 at the offset in the hash data consists of a triple:
1703
1704 .. code-block:: c
1705
1706   uint32_t str_offset
1707   uint32_t hash_data_count
1708   HashData[hash_data_count]
1709
1710 If "str_offset" is zero, then the bucket contents are done. 99.9% of the
1711 hash data chunks contain a single item (no 32 bit hash collision):
1712
1713 .. code-block:: none
1714
1715   .------------.
1716   | 0x00001023 | uint32_t KeyType (.debug_str[0x0001023] => "main")
1717   | 0x00000004 | uint32_t HashData count
1718   | 0x........ | uint32_t HashData[0] DIE offset
1719   | 0x........ | uint32_t HashData[1] DIE offset
1720   | 0x........ | uint32_t HashData[2] DIE offset
1721   | 0x........ | uint32_t HashData[3] DIE offset
1722   | 0x00000000 | uint32_t KeyType (end of hash chain)
1723   `------------'
1724
1725 If there are collisions, you will have multiple valid string offsets:
1726
1727 .. code-block:: none
1728
1729   .------------.
1730   | 0x00001023 | uint32_t KeyType (.debug_str[0x0001023] => "main")
1731   | 0x00000004 | uint32_t HashData count
1732   | 0x........ | uint32_t HashData[0] DIE offset
1733   | 0x........ | uint32_t HashData[1] DIE offset
1734   | 0x........ | uint32_t HashData[2] DIE offset
1735   | 0x........ | uint32_t HashData[3] DIE offset
1736   | 0x00002023 | uint32_t KeyType (.debug_str[0x0002023] => "print")
1737   | 0x00000002 | uint32_t HashData count
1738   | 0x........ | uint32_t HashData[0] DIE offset
1739   | 0x........ | uint32_t HashData[1] DIE offset
1740   | 0x00000000 | uint32_t KeyType (end of hash chain)
1741   `------------'
1742
1743 Current testing with real world C++ binaries has shown that there is around 1
1744 32 bit hash collision per 100,000 name entries.
1745
1746 Contents
1747 ^^^^^^^^
1748
1749 As we said, we want to strictly define exactly what is included in the
1750 different tables.  For DWARF, we have 3 tables: "``.apple_names``",
1751 "``.apple_types``", and "``.apple_namespaces``".
1752
1753 "``.apple_names``" sections should contain an entry for each DWARF DIE whose
1754 ``DW_TAG`` is a ``DW_TAG_label``, ``DW_TAG_inlined_subroutine``, or
1755 ``DW_TAG_subprogram`` that has address attributes: ``DW_AT_low_pc``,
1756 ``DW_AT_high_pc``, ``DW_AT_ranges`` or ``DW_AT_entry_pc``.  It also contains
1757 ``DW_TAG_variable`` DIEs that have a ``DW_OP_addr`` in the location (global and
1758 static variables).  All global and static variables should be included,
1759 including those scoped within functions and classes.  For example using the
1760 following code:
1761
1762 .. code-block:: c
1763
1764   static int var = 0;
1765
1766   void f ()
1767   {
1768     static int var = 0;
1769   }
1770
1771 Both of the static ``var`` variables would be included in the table.  All
1772 functions should emit both their full names and their basenames.  For C or C++,
1773 the full name is the mangled name (if available) which is usually in the
1774 ``DW_AT_MIPS_linkage_name`` attribute, and the ``DW_AT_name`` contains the
1775 function basename.  If global or static variables have a mangled name in a
1776 ``DW_AT_MIPS_linkage_name`` attribute, this should be emitted along with the
1777 simple name found in the ``DW_AT_name`` attribute.
1778
1779 "``.apple_types``" sections should contain an entry for each DWARF DIE whose
1780 tag is one of:
1781
1782 * DW_TAG_array_type
1783 * DW_TAG_class_type
1784 * DW_TAG_enumeration_type
1785 * DW_TAG_pointer_type
1786 * DW_TAG_reference_type
1787 * DW_TAG_string_type
1788 * DW_TAG_structure_type
1789 * DW_TAG_subroutine_type
1790 * DW_TAG_typedef
1791 * DW_TAG_union_type
1792 * DW_TAG_ptr_to_member_type
1793 * DW_TAG_set_type
1794 * DW_TAG_subrange_type
1795 * DW_TAG_base_type
1796 * DW_TAG_const_type
1797 * DW_TAG_constant
1798 * DW_TAG_file_type
1799 * DW_TAG_namelist
1800 * DW_TAG_packed_type
1801 * DW_TAG_volatile_type
1802 * DW_TAG_restrict_type
1803 * DW_TAG_interface_type
1804 * DW_TAG_unspecified_type
1805 * DW_TAG_shared_type
1806
1807 Only entries with a ``DW_AT_name`` attribute are included, and the entry must
1808 not be a forward declaration (``DW_AT_declaration`` attribute with a non-zero
1809 value).  For example, using the following code:
1810
1811 .. code-block:: c
1812
1813   int main ()
1814   {
1815     int *b = 0;
1816     return *b;
1817   }
1818
1819 We get a few type DIEs:
1820
1821 .. code-block:: none
1822
1823   0x00000067:     TAG_base_type [5]
1824                   AT_encoding( DW_ATE_signed )
1825                   AT_name( "int" )
1826                   AT_byte_size( 0x04 )
1827
1828   0x0000006e:     TAG_pointer_type [6]
1829                   AT_type( {0x00000067} ( int ) )
1830                   AT_byte_size( 0x08 )
1831
1832 The DW_TAG_pointer_type is not included because it does not have a ``DW_AT_name``.
1833
1834 "``.apple_namespaces``" section should contain all ``DW_TAG_namespace`` DIEs.
1835 If we run into a namespace that has no name this is an anonymous namespace, and
1836 the name should be output as "``(anonymous namespace)``" (without the quotes).
1837 Why?  This matches the output of the ``abi::cxa_demangle()`` that is in the
1838 standard C++ library that demangles mangled names.
1839
1840
1841 Language Extensions and File Format Changes
1842 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1843
1844 Objective-C Extensions
1845 """"""""""""""""""""""
1846
1847 "``.apple_objc``" section should contain all ``DW_TAG_subprogram`` DIEs for an
1848 Objective-C class.  The name used in the hash table is the name of the
1849 Objective-C class itself.  If the Objective-C class has a category, then an
1850 entry is made for both the class name without the category, and for the class
1851 name with the category.  So if we have a DIE at offset 0x1234 with a name of
1852 method "``-[NSString(my_additions) stringWithSpecialString:]``", we would add
1853 an entry for "``NSString``" that points to DIE 0x1234, and an entry for
1854 "``NSString(my_additions)``" that points to 0x1234.  This allows us to quickly
1855 track down all Objective-C methods for an Objective-C class when doing
1856 expressions.  It is needed because of the dynamic nature of Objective-C where
1857 anyone can add methods to a class.  The DWARF for Objective-C methods is also
1858 emitted differently from C++ classes where the methods are not usually
1859 contained in the class definition, they are scattered about across one or more
1860 compile units.  Categories can also be defined in different shared libraries.
1861 So we need to be able to quickly find all of the methods and class functions
1862 given the Objective-C class name, or quickly find all methods and class
1863 functions for a class + category name.  This table does not contain any
1864 selector names, it just maps Objective-C class names (or class names +
1865 category) to all of the methods and class functions.  The selectors are added
1866 as function basenames in the "``.debug_names``" section.
1867
1868 In the "``.apple_names``" section for Objective-C functions, the full name is
1869 the entire function name with the brackets ("``-[NSString
1870 stringWithCString:]``") and the basename is the selector only
1871 ("``stringWithCString:``").
1872
1873 Mach-O Changes
1874 """"""""""""""
1875
1876 The sections names for the apple hash tables are for non-mach-o files.  For
1877 mach-o files, the sections should be contained in the ``__DWARF`` segment with
1878 names as follows:
1879
1880 * "``.apple_names``" -> "``__apple_names``"
1881 * "``.apple_types``" -> "``__apple_types``"
1882 * "``.apple_namespaces``" -> "``__apple_namespac``" (16 character limit)
1883 * "``.apple_objc``" -> "``__apple_objc``"
1884