6ddf4a4aca4172a17620a12cf79cd7b3c8ecaa84
[oota-llvm.git] / include / llvm / Bitcode / Archive.h
1 //===-- llvm/Bitcode/Archive.h - LLVM Bitcode Archive -----------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by Reid Spencer and is distributed under the
6 // University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This header file declares the Archive and ArchiveMember classes that provide
11 // manipulation of LLVM Archive files.  The implementation is provided by the
12 // lib/Bitcode/Archive library.  This library is used to read and write
13 // archive (*.a) files that contain LLVM bitcode files (or others).
14 //
15 //===----------------------------------------------------------------------===//
16
17 #ifndef LLVM_BITCODE_ARCHIVE_H
18 #define LLVM_BITCODE_ARCHIVE_H
19
20 #include "llvm/ADT/ilist"
21 #include "llvm/System/Path.h"
22 #include "llvm/System/MappedFile.h"
23 #include <map>
24 #include <set>
25 #include <fstream>
26
27 namespace llvm {
28
29 // Forward declare classes
30 class ModuleProvider;      // From VMCore
31 class Module;              // From VMCore
32 class Archive;             // Declared below
33 class ArchiveMemberHeader; // Internal implementation class
34
35 /// This class is the main class manipulated by users of the Archive class. It
36 /// holds information about one member of the Archive. It is also the element
37 /// stored by the Archive's ilist, the Archive's main abstraction. Because of
38 /// the special requirements of archive files, users are not permitted to
39 /// construct ArchiveMember instances. You should obtain them from the methods
40 /// of the Archive class instead.
41 /// @brief This class represents a single archive member.
42 class ArchiveMember {
43   /// @name Types
44   /// @{
45   public:
46     /// These flags are used internally by the archive member to specify various
47     /// characteristics of the member. The various "is" methods below provide
48     /// access to the flags. The flags are not user settable.
49     enum Flags {
50       CompressedFlag = 1,          ///< Member is a normal compressed file
51       SVR4SymbolTableFlag = 2,     ///< Member is a SVR4 symbol table
52       BSD4SymbolTableFlag = 4,     ///< Member is a BSD4 symbol table
53       LLVMSymbolTableFlag = 8,     ///< Member is an LLVM symbol table
54       BitcodeFlag = 16,            ///< Member is bitcode
55       HasPathFlag = 64,            ///< Member has a full or partial path
56       HasLongFilenameFlag = 128,   ///< Member uses the long filename syntax
57       StringTableFlag = 256        ///< Member is an ar(1) format string table
58     };
59
60   /// @}
61   /// @name Accessors
62   /// @{
63   public:
64     /// @returns the parent Archive instance
65     /// @brief Get the archive associated with this member
66     Archive* getArchive() const          { return parent; }
67
68     /// @returns the path to the Archive's file
69     /// @brief Get the path to the archive member
70     const sys::Path& getPath() const     { return path; }
71
72     /// The "user" is the owner of the file per Unix security. This may not
73     /// have any applicability on non-Unix systems but is a required component
74     /// of the "ar" file format.
75     /// @brief Get the user associated with this archive member.
76     unsigned getUser() const             { return info.getUser(); }
77
78     /// The "group" is the owning group of the file per Unix security. This
79     /// may not have any applicability on non-Unix systems but is a required
80     /// component of the "ar" file format.
81     /// @brief Get the group associated with this archive member.
82     unsigned getGroup() const            { return info.getGroup(); }
83
84     /// The "mode" specifies the access permissions for the file per Unix
85     /// security. This may not have any applicabiity on non-Unix systems but is
86     /// a required component of the "ar" file format.
87     /// @brief Get the permission mode associated with this archive member.
88     unsigned getMode() const             { return info.getMode(); }
89
90     /// This method returns the time at which the archive member was last
91     /// modified when it was not in the archive.
92     /// @brief Get the time of last modification of the archive member.
93     sys::TimeValue getModTime() const    { return info.getTimestamp(); }
94
95     /// @returns the size of the archive member in bytes.
96     /// @brief Get the size of the archive member.
97     uint64_t getSize() const             { return info.getSize(); }
98
99     /// This method returns the total size of the archive member as it
100     /// appears on disk. This includes the file content, the header, the
101     /// long file name if any, and the padding.
102     /// @brief Get total on-disk member size.
103     unsigned getMemberSize() const;
104
105     /// This method will return a pointer to the in-memory content of the
106     /// archive member, if it is available. If the data has not been loaded
107     /// into memory, the return value will be null.
108     /// @returns a pointer to the member's data.
109     /// @brief Get the data content of the archive member
110     const void* getData() const { return data; }
111
112     /// This method determines if the member is a regular compressed file.
113     /// @returns true iff the archive member is a compressed regular file.
114     /// @brief Determine if the member is a compressed regular file.
115     bool isCompressed() const { return flags&CompressedFlag; }
116
117     /// @returns true iff the member is a SVR4 (non-LLVM) symbol table
118     /// @brief Determine if this member is a SVR4 symbol table.
119     bool isSVR4SymbolTable() const { return flags&SVR4SymbolTableFlag; }
120
121     /// @returns true iff the member is a BSD4.4 (non-LLVM) symbol table
122     /// @brief Determine if this member is a BSD4.4 symbol table.
123     bool isBSD4SymbolTable() const { return flags&BSD4SymbolTableFlag; }
124
125     /// @returns true iff the archive member is the LLVM symbol table
126     /// @brief Determine if this member is the LLVM symbol table.
127     bool isLLVMSymbolTable() const { return flags&LLVMSymbolTableFlag; }
128
129     /// @returns true iff the archive member is the ar(1) string table
130     /// @brief Determine if this member is the ar(1) string table.
131     bool isStringTable() const { return flags&StringTableFlag; }
132
133     /// @returns true iff the archive member is a bitcode file.
134     /// @brief Determine if this member is a bitcode file.
135     bool isBitcode() const { return flags&BitcodeFlag; }
136
137     /// @returns true iff the file name contains a path (directory) component.
138     /// @brief Determine if the member has a path
139     bool hasPath() const { return flags&HasPathFlag; }
140
141     /// Long filenames are an artifact of the ar(1) file format which allows
142     /// up to sixteen characters in its header and doesn't allow a path
143     /// separator character (/). To avoid this, a "long format" member name is
144     /// allowed that doesn't have this restriction. This method determines if
145     /// that "long format" is used for this member.
146     /// @returns true iff the file name uses the long form
147     /// @brief Determin if the member has a long file name
148     bool hasLongFilename() const { return flags&HasLongFilenameFlag; }
149
150     /// This method returns the status info (like Unix stat(2)) for the archive
151     /// member. The status info provides the file's size, permissions, and
152     /// modification time. The contents of the Path::StatusInfo structure, other
153     /// than the size and modification time, may not have utility on non-Unix
154     /// systems.
155     /// @returns the status info for the archive member
156     /// @brief Obtain the status info for the archive member
157     const sys::FileStatus &getFileStatus() const { return info; }
158
159     /// This method causes the archive member to be replaced with the contents
160     /// of the file specified by \p File. The contents of \p this will be
161     /// updated to reflect the new data from \p File. The \p File must exist and
162     /// be readable on entry to this method.
163     /// @returns true if an error occurred, false otherwise
164     /// @brief Replace contents of archive member with a new file.
165     bool replaceWith(const sys::Path &aFile, std::string* ErrMsg);
166
167   /// @}
168   /// @name ilist methods - do not use
169   /// @{
170   public:
171     const ArchiveMember *getNext() const { return next; }
172     const ArchiveMember *getPrev() const { return prev; }
173     ArchiveMember *getNext()             { return next; }
174     ArchiveMember *getPrev()             { return prev; }
175     void setPrev(ArchiveMember* p)       { prev = p; }
176     void setNext(ArchiveMember* n)       { next = n; }
177
178   /// @}
179   /// @name Data
180   /// @{
181   private:
182     ArchiveMember*      next;     ///< Pointer to next archive member
183     ArchiveMember*      prev;     ///< Pointer to previous archive member
184     Archive*            parent;   ///< Pointer to parent archive
185     sys::PathWithStatus path;     ///< Path of file containing the member
186     sys::FileStatus     info;     ///< Status info (size,mode,date)
187     unsigned            flags;    ///< Flags about the archive member
188     const void*         data;     ///< Data for the member
189
190   /// @}
191   /// @name Constructors
192   /// @{
193   public:
194     /// The default constructor is only used by the Archive's iplist when it
195     /// constructs the list's sentry node.
196     ArchiveMember();
197
198   private:
199     /// Used internally by the Archive class to construct an ArchiveMember.
200     /// The contents of the ArchiveMember are filled out by the Archive class.
201     explicit ArchiveMember(Archive *PAR);
202
203     // So Archive can construct an ArchiveMember
204     friend class llvm::Archive;
205   /// @}
206 };
207
208 /// This class defines the interface to LLVM Archive files. The Archive class
209 /// presents the archive file as an ilist of ArchiveMember objects. The members
210 /// can be rearranged in any fashion either by directly editing the ilist or by
211 /// using editing methods on the Archive class (recommended). The Archive
212 /// class also provides several ways of accessing the archive file for various
213 /// purposes such as editing and linking.  Full symbol table support is provided
214 /// for loading only those files that resolve symbols. Note that read
215 /// performance of this library is _crucial_ for performance of JIT type
216 /// applications and the linkers. Consequently, the implementation of the class
217 /// is optimized for reading.
218 class Archive {
219   
220   /// @name Types
221   /// @{
222   public:
223     /// This is the ilist type over which users may iterate to examine
224     /// the contents of the archive
225     /// @brief The ilist type of ArchiveMembers that Archive contains.
226     typedef iplist<ArchiveMember> MembersList;
227
228     /// @brief Forward mutable iterator over ArchiveMember
229     typedef MembersList::iterator iterator;
230
231     /// @brief Forward immutable iterator over ArchiveMember
232     typedef MembersList::const_iterator const_iterator;
233
234     /// @brief Reverse mutable iterator over ArchiveMember
235     typedef std::reverse_iterator<iterator> reverse_iterator;
236
237     /// @brief Reverse immutable iterator over ArchiveMember
238     typedef std::reverse_iterator<const_iterator> const_reverse_iterator;
239
240     /// @brief The in-memory version of the symbol table
241     typedef std::map<std::string,unsigned> SymTabType;
242
243   /// @}
244   /// @name ilist accessor methods
245   /// @{
246   public:
247     inline iterator               begin()        { return members.begin();  }
248     inline const_iterator         begin()  const { return members.begin();  }
249     inline iterator               end  ()        { return members.end();    }
250     inline const_iterator         end  ()  const { return members.end();    }
251
252     inline reverse_iterator       rbegin()       { return members.rbegin(); }
253     inline const_reverse_iterator rbegin() const { return members.rbegin(); }
254     inline reverse_iterator       rend  ()       { return members.rend();   }
255     inline const_reverse_iterator rend  () const { return members.rend();   }
256
257     inline unsigned               size()   const { return members.size();   }
258     inline bool                   empty()  const { return members.empty();  }
259     inline const ArchiveMember&   front()  const { return members.front();  }
260     inline       ArchiveMember&   front()        { return members.front();  }
261     inline const ArchiveMember&   back()   const { return members.back();   }
262     inline       ArchiveMember&   back()         { return members.back();   }
263
264   /// @}
265   /// @name ilist mutator methods
266   /// @{
267   public:
268     /// This method splices a \p src member from an archive (possibly \p this),
269     /// to a position just before the member given by \p dest in \p this. When
270     /// the archive is written, \p src will be written in its new location.
271     /// @brief Move a member to a new location
272     inline void splice(iterator dest, Archive& arch, iterator src)
273       { return members.splice(dest,arch.members,src); }
274
275     /// This method erases a \p target member from the archive. When the
276     /// archive is written, it will no longer contain \p target. The associated
277     /// ArchiveMember is deleted.
278     /// @brief Erase a member.
279     inline iterator erase(iterator target) { return members.erase(target); }
280
281   /// @}
282   /// @name Constructors
283   /// @{
284   public:
285     /// Create an empty archive file and associate it with the \p Filename. This
286     /// method does not actually create the archive disk file. It creates an
287     /// empty Archive object. If the writeToDisk method is called, the archive
288     /// file \p Filename will be created at that point, with whatever content
289     /// the returned Archive object has at that time.
290     /// @returns An Archive* that represents the new archive file.
291     /// @brief Create an empty Archive.
292     static Archive* CreateEmpty(
293       const sys::Path& Filename ///< Name of the archive to (eventually) create.
294     );
295
296     /// Open an existing archive and load its contents in preparation for
297     /// editing. After this call, the member ilist is completely populated based
298     /// on the contents of the archive file. You should use this form of open if
299     /// you intend to modify the archive or traverse its contents (e.g. for
300     /// printing).
301     /// @brief Open and load an archive file
302     static Archive* OpenAndLoad(
303       const sys::Path& filePath,  ///< The file path to open and load
304       std::string* ErrorMessage   ///< An optional error string
305     );
306
307     /// This method opens an existing archive file from \p Filename and reads in
308     /// its symbol table without reading in any of the archive's members. This
309     /// reduces both I/O and cpu time in opening the archive if it is to be used
310     /// solely for symbol lookup (e.g. during linking).  The \p Filename must
311     /// exist and be an archive file or an exception will be thrown. This form
312     /// of opening the archive is intended for read-only operations that need to
313     /// locate members via the symbol table for link editing.  Since the archve
314     /// members are not read by this method, the archive will appear empty upon
315     /// return. If editing operations are performed on the archive, they will
316     /// completely replace the contents of the archive! It is recommended that
317     /// if this form of opening the archive is used that only the symbol table
318     /// lookup methods (getSymbolTable, findModuleDefiningSymbol, and
319     /// findModulesDefiningSymbols) be used.
320     /// @throws std::string if an error occurs opening the file
321     /// @returns an Archive* that represents the archive file.
322     /// @brief Open an existing archive and load its symbols.
323     static Archive* OpenAndLoadSymbols(
324       const sys::Path& Filename,   ///< Name of the archive file to open
325       std::string* ErrorMessage=0  ///< An optional error string
326     );
327
328     /// This destructor cleans up the Archive object, releases all memory, and
329     /// closes files. It does nothing with the archive file on disk. If you
330     /// haven't used the writeToDisk method by the time the destructor is
331     /// called, all changes to the archive will be lost.
332     /// @throws std::string if an error occurs
333     /// @brief Destruct in-memory archive
334     ~Archive();
335
336   /// @}
337   /// @name Accessors
338   /// @{
339   public:
340     /// @returns the path to the archive file.
341     /// @brief Get the archive path.
342     const sys::Path& getPath() { return archPath; }
343
344     /// This method is provided so that editing methods can be invoked directly
345     /// on the Archive's iplist of ArchiveMember. However, it is recommended
346     /// that the usual STL style iterator interface be used instead.
347     /// @returns the iplist of ArchiveMember
348     /// @brief Get the iplist of the members
349     MembersList& getMembers() { return members; }
350
351     /// This method allows direct query of the Archive's symbol table. The
352     /// symbol table is a std::map of std::string (the symbol) to unsigned (the
353     /// file offset). Note that for efficiency reasons, the offset stored in
354     /// the symbol table is not the actual offset. It is the offset from the
355     /// beginning of the first "real" file member (after the symbol table). Use
356     /// the getFirstFileOffset() to obtain that offset and add this value to the
357     /// offset in the symbol table to obtain the real file offset. Note that
358     /// there is purposefully no interface provided by Archive to look up
359     /// members by their offset. Use the findModulesDefiningSymbols and
360     /// findModuleDefiningSymbol methods instead.
361     /// @returns the Archive's symbol table.
362     /// @brief Get the archive's symbol table
363     const SymTabType& getSymbolTable() { return symTab; }
364
365     /// This method returns the offset in the archive file to the first "real"
366     /// file member. Archive files, on disk, have a signature and might have a
367     /// symbol table that precedes the first actual file member. This method
368     /// allows you to determine what the size of those fields are.
369     /// @returns the offset to the first "real" file member  in the archive.
370     /// @brief Get the offset to the first "real" file member  in the archive.
371     unsigned getFirstFileOffset() { return firstFileOffset; }
372
373     /// This method will scan the archive for bitcode modules, interpret them
374     /// and return a vector of the instantiated modules in \p Modules. If an
375     /// error occurs, this method will return true. If \p ErrMessage is not null
376     /// and an error occurs, \p *ErrMessage will be set to a string explaining
377     /// the error that occurred.
378     /// @returns true if an error occurred
379     /// @brief Instantiate all the bitcode modules located in the archive
380     bool getAllModules(std::vector<Module*>& Modules, std::string* ErrMessage);
381
382     /// This accessor looks up the \p symbol in the archive's symbol table and
383     /// returns the associated module that defines that symbol. This method can
384     /// be called as many times as necessary. This is handy for linking the
385     /// archive into another module based on unresolved symbols. Note that the
386     /// ModuleProvider returned by this accessor should not be deleted by the
387     /// caller. It is managed internally by the Archive class. It is possible
388     /// that multiple calls to this accessor will return the same ModuleProvider
389     /// instance because the associated module defines multiple symbols.
390     /// @returns The ModuleProvider* found or null if the archive does not
391     /// contain a module that defines the \p symbol.
392     /// @brief Look up a module by symbol name.
393     ModuleProvider* findModuleDefiningSymbol(
394       const std::string& symbol,  ///< Symbol to be sought
395       std::string* ErrMessage     ///< Error message storage, if non-zero
396     );
397
398     /// This method is similar to findModuleDefiningSymbol but allows lookup of
399     /// more than one symbol at a time. If \p symbols contains a list of
400     /// undefined symbols in some module, then calling this method is like
401     /// making one complete pass through the archive to resolve symbols but is
402     /// more efficient than looking at the individual members. Note that on
403     /// exit, the symbols resolved by this method will be removed from \p
404     /// symbols to ensure they are not re-searched on a subsequent call. If
405     /// you need to retain the list of symbols, make a copy.
406     /// @brief Look up multiple symbols in the archive.
407     bool findModulesDefiningSymbols(
408       std::set<std::string>& symbols,     ///< Symbols to be sought
409       std::set<ModuleProvider*>& modules, ///< The modules matching \p symbols
410       std::string* ErrMessage             ///< Error msg storage, if non-zero
411     );
412
413     /// This method determines whether the archive is a properly formed llvm
414     /// bitcode archive.  It first makes sure the symbol table has been loaded
415     /// and has a non-zero size.  If it does, then it is an archive.  If not,
416     /// then it tries to load all the bitcode modules of the archive.  Finally,
417     /// it returns whether it was successfull.
418     /// @returns true if the archive is a proper llvm bitcode archive
419     /// @brief Determine whether the archive is a proper llvm bitcode archive.
420     bool isBitcodeArchive();
421
422   /// @}
423   /// @name Mutators
424   /// @{
425   public:
426     /// This method is the only way to get the archive written to disk. It
427     /// creates or overwrites the file specified when \p this was created
428     /// or opened. The arguments provide options for writing the archive. If
429     /// \p CreateSymbolTable is true, the archive is scanned for bitcode files
430     /// and a symbol table of the externally visible function and global
431     /// variable names is created. If \p TruncateNames is true, the names of the
432     /// archive members will have their path component stripped and the file
433     /// name will be truncated at 15 characters. If \p Compress is specified,
434     /// all archive members will be compressed before being written. If
435     /// \p PrintSymTab is true, the symbol table will be printed to std::cout.
436     /// @returns true if an error occurred, \p error set to error message
437     /// @returns false if the writing succeeded.
438     /// @brief Write (possibly modified) archive contents to disk
439     bool writeToDisk(
440       bool CreateSymbolTable=false,   ///< Create Symbol table
441       bool TruncateNames=false,       ///< Truncate the filename to 15 chars
442       bool Compress=false,            ///< Compress files
443       std::string* ErrMessage=0       ///< If non-null, where error msg is set
444     );
445
446     /// This method adds a new file to the archive. The \p filename is examined
447     /// to determine just enough information to create an ArchiveMember object
448     /// which is then inserted into the Archive object's ilist at the location
449     /// given by \p where.
450     /// @returns true if an error occured, false otherwise
451     /// @brief Add a file to the archive.
452     bool addFileBefore(
453       const sys::Path& filename, ///< The file to be added
454       iterator where,            ///< Insertion point
455       std::string* ErrMsg        ///< Optional error message location
456     );
457
458   /// @}
459   /// @name Implementation
460   /// @{
461   protected:
462     /// @brief Construct an Archive for \p filename and optionally  map it
463     /// into memory.
464     explicit Archive(const sys::Path& filename);
465
466     /// @param data The symbol table data to be parsed
467     /// @param len  The length of the symbol table data
468     /// @param error Set to address of a std::string to get error messages
469     /// @returns false on error
470     /// @brief Parse the symbol table at \p data.
471     bool parseSymbolTable(const void* data,unsigned len,std::string* error);
472
473     /// @returns A fully populated ArchiveMember or 0 if an error occurred.
474     /// @brief Parse the header of a member starting at \p At
475     ArchiveMember* parseMemberHeader(
476       const char*&At,    ///< The pointer to the location we're parsing
477       const char*End,    ///< The pointer to the end of the archive
478       std::string* error ///< Optional error message catcher
479     );
480
481     /// @param ErrMessage Set to address of a std::string to get error messages
482     /// @returns false on error
483     /// @brief Check that the archive signature is correct
484     bool checkSignature(std::string* ErrMessage);
485
486     /// @param ErrMessage Set to address of a std::string to get error messages
487     /// @returns false on error
488     /// @brief Load the entire archive.
489     bool loadArchive(std::string* ErrMessage);
490
491     /// @param ErrMessage Set to address of a std::string to get error messages
492     /// @returns false on error
493     /// @brief Load just the symbol table.
494     bool loadSymbolTable(std::string* ErrMessage);
495
496     /// @brief Write the symbol table to an ofstream.
497     void writeSymbolTable(std::ofstream& ARFile);
498
499     /// Writes one ArchiveMember to an ofstream. If an error occurs, returns
500     /// false, otherwise true. If an error occurs and error is non-null then 
501     /// it will be set to an error message.
502     /// @returns false Writing member succeeded
503     /// @returns true Writing member failed, \p error set to error message
504     bool writeMember(
505       const ArchiveMember& member, ///< The member to be written
506       std::ofstream& ARFile,       ///< The file to write member onto
507       bool CreateSymbolTable,      ///< Should symbol table be created?
508       bool TruncateNames,          ///< Should names be truncated to 11 chars?
509       bool ShouldCompress,         ///< Should the member be compressed?
510       std::string* ErrMessage      ///< If non-null, place were error msg is set
511     );
512
513     /// @brief Fill in an ArchiveMemberHeader from ArchiveMember.
514     bool fillHeader(const ArchiveMember&mbr,
515                     ArchiveMemberHeader& hdr,int sz, bool TruncateNames) const;
516
517     /// @brief Maps archive into memory
518     bool mapToMemory(std::string* ErrMsg);
519
520     /// @brief Frees all the members and unmaps the archive file.
521     void cleanUpMemory();
522
523     /// This type is used to keep track of bitcode modules loaded from the
524     /// symbol table. It maps the file offset to a pair that consists of the
525     /// associated ArchiveMember and the ModuleProvider.
526     /// @brief Module mapping type
527     typedef std::map<unsigned,std::pair<ModuleProvider*,ArchiveMember*> >
528       ModuleMap;
529
530
531   /// @}
532   /// @name Data
533   /// @{
534   protected:
535     sys::Path archPath;       ///< Path to the archive file we read/write
536     MembersList members;      ///< The ilist of ArchiveMember
537     sys::MappedFile* mapfile; ///< Raw Archive contents mapped into memory
538     const char* base;         ///< Base of the memory mapped file data
539     SymTabType symTab;        ///< The symbol table
540     std::string strtab;       ///< The string table for long file names
541     unsigned symTabSize;      ///< Size in bytes of symbol table
542     unsigned firstFileOffset; ///< Offset to first normal file.
543     ModuleMap modules;        ///< The modules loaded via symbol lookup.
544     ArchiveMember* foreignST; ///< This holds the foreign symbol table.
545   /// @}
546   /// @name Hidden
547   /// @{
548   private:
549     Archive();                          ///< Do not implement
550     Archive(const Archive&);            ///< Do not implement
551     Archive& operator=(const Archive&); ///< Do not implement
552   /// @}
553 };
554
555 } // End llvm namespace
556
557 #endif