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