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