62a05bbcd80d32a43747c407b8c35c71831a7981
[oota-llvm.git] / include / llvm / Bytecode / Archive.h
1 //===-- llvm/Bytecode/Archive.h - LLVM Bytecode 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/Bytecode/Archive library.  This library is used to read and write
13 // archive (*.a) files that contain LLVM bytecode files (or others).
14 //
15 //===----------------------------------------------------------------------===//
16
17 #ifndef LLVM_BYTECODE_ARCHIVE_H
18 #define LLVM_BYTECODE_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       BytecodeFlag = 16,           ///< Member is uncompressed bytecode
55       CompressedBytecodeFlag = 32, ///< Member is compressed bytecode
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     unsigned 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. Note
114     /// that compressed bytecode files will yield "false" for this method.
115     /// @see isCompressedBytecode()
116     /// @returns true iff the archive member is a compressed regular file.
117     /// @brief Determine if the member is a compressed regular file.
118     bool isCompressed() const { return flags&CompressedFlag; }
119
120     /// @returns true iff the member is a SVR4 (non-LLVM) symbol table
121     /// @brief Determine if this member is a SVR4 symbol table.
122     bool isSVR4SymbolTable() const { return flags&SVR4SymbolTableFlag; }
123
124     /// @returns true iff the member is a BSD4.4 (non-LLVM) symbol table
125     /// @brief Determine if this member is a BSD4.4 symbol table.
126     bool isBSD4SymbolTable() const { return flags&BSD4SymbolTableFlag; }
127
128     /// @returns true iff the archive member is the LLVM symbol table
129     /// @brief Determine if this member is the LLVM symbol table.
130     bool isLLVMSymbolTable() const { return flags&LLVMSymbolTableFlag; }
131
132     /// @returns true iff the archive member is the ar(1) string table
133     /// @brief Determine if this member is the ar(1) string table.
134     bool isStringTable() const { return flags&StringTableFlag; }
135
136     /// @returns true iff the archive member is an uncompressed bytecode file.
137     /// @brief Determine if this member is a bytecode file.
138     bool isBytecode() const { return flags&BytecodeFlag; }
139
140     /// @returns true iff the archive member is a compressed bytecode file.
141     /// @brief Determine if the member is a compressed bytecode file.
142     bool isCompressedBytecode() const { return flags&CompressedBytecodeFlag;}
143
144     /// @returns true iff the file name contains a path (directory) component.
145     /// @brief Determine if the member has a path
146     bool hasPath() const { return flags&HasPathFlag; }
147
148     /// Long filenames are an artifact of the ar(1) file format which allows
149     /// up to sixteen characters in its header and doesn't allow a path
150     /// separator character (/). To avoid this, a "long format" member name is
151     /// allowed that doesn't have this restriction. This method determines if
152     /// that "long format" is used for this member.
153     /// @returns true iff the file name uses the long form
154     /// @brief Determin if the member has a long file name
155     bool hasLongFilename() const { return flags&HasLongFilenameFlag; }
156
157     /// This method returns the status info (like Unix stat(2)) for the archive
158     /// member. The status info provides the file's size, permissions, and
159     /// modification time. The contents of the Path::StatusInfo structure, other
160     /// than the size and modification time, may not have utility on non-Unix
161     /// systems.
162     /// @returns the status info for the archive member
163     /// @brief Obtain the status info for the archive member
164     const sys::FileStatus &getFileStatus() const { return info; }
165
166     /// This method causes the archive member to be replaced with the contents
167     /// of the file specified by \p File. The contents of \p this will be
168     /// updated to reflect the new data from \p File. The \p File must exist and
169     /// be readable on entry to this method.
170     /// @brief Replace contents of archive member with a new file.
171     void replaceWith(const sys::Path &aFile);
172
173   /// @}
174   /// @name ilist methods - do not use
175   /// @{
176   public:
177     const ArchiveMember *getNext() const { return next; }
178     const ArchiveMember *getPrev() const { return prev; }
179     ArchiveMember *getNext()             { return next; }
180     ArchiveMember *getPrev()             { return prev; }
181     void setPrev(ArchiveMember* p)       { prev = p; }
182     void setNext(ArchiveMember* n)       { next = n; }
183
184   /// @}
185   /// @name Data
186   /// @{
187   private:
188     ArchiveMember* next;        ///< Pointer to next archive member
189     ArchiveMember* prev;        ///< Pointer to previous archive member
190     Archive*       parent;      ///< Pointer to parent archive
191     sys::Path      path;        ///< Path of file containing the member
192     sys::FileStatus info;       ///< Status info (size,mode,date)
193     unsigned       flags;       ///< Flags about the archive member
194     const void*    data;        ///< Data for the member
195
196   /// @}
197   /// @name Constructors
198   /// @{
199   public:
200     /// The default constructor is only used by the Archive's iplist when it
201     /// constructs the list's sentry node.
202     ArchiveMember();
203
204   private:
205     /// Used internally by the Archive class to construct an ArchiveMember.
206     /// The contents of the ArchiveMember are filled out by the Archive class.
207     ArchiveMember(Archive *PAR);
208
209     // So Archive can construct an ArchiveMember
210     friend class llvm::Archive;
211   /// @}
212 };
213
214 /// This class defines the interface to LLVM Archive files. The Archive class
215 /// presents the archive file as an ilist of ArchiveMember objects. The members
216 /// can be rearranged in any fashion either by directly editing the ilist or by
217 /// using editing methods on the Archive class (recommended). The Archive
218 /// class also provides several ways of accessing the archive file for various
219 /// purposes such as editing and linking.  Full symbol table support is provided
220 /// for loading only those files that resolve symbols. Note that read
221 /// performance of this library is _crucial_ for performance of JIT type
222 /// applications and the linkers. Consequently, the implementation of the class
223 /// is optimized for reading.
224 class Archive {
225
226   /// @name Types
227   /// @{
228   public:
229     /// This is the ilist type over which users may iterate to examine
230     /// the contents of the archive
231     /// @brief The ilist type of ArchiveMembers that Archive contains.
232     typedef iplist<ArchiveMember> MembersList;
233
234     /// @brief Forward mutable iterator over ArchiveMember
235     typedef MembersList::iterator iterator;
236
237     /// @brief Forward immutable iterator over ArchiveMember
238     typedef MembersList::const_iterator const_iterator;
239
240     /// @brief Reverse mutable iterator over ArchiveMember
241     typedef std::reverse_iterator<iterator> reverse_iterator;
242
243     /// @brief Reverse immutable iterator over ArchiveMember
244     typedef std::reverse_iterator<const_iterator> const_reverse_iterator;
245
246     /// @brief The in-memory version of the symbol table
247     typedef std::map<std::string,unsigned> SymTabType;
248
249   /// @}
250   /// @name ilist accessor methods
251   /// @{
252   public:
253     inline iterator               begin()        { return members.begin();  }
254     inline const_iterator         begin()  const { return members.begin();  }
255     inline iterator               end  ()        { return members.end();    }
256     inline const_iterator         end  ()  const { return members.end();    }
257
258     inline reverse_iterator       rbegin()       { return members.rbegin(); }
259     inline const_reverse_iterator rbegin() const { return members.rbegin(); }
260     inline reverse_iterator       rend  ()       { return members.rend();   }
261     inline const_reverse_iterator rend  () const { return members.rend();   }
262
263     inline unsigned               size()   const { return members.size();   }
264     inline bool                   empty()  const { return members.empty();  }
265     inline const ArchiveMember&   front()  const { return members.front();  }
266     inline       ArchiveMember&   front()        { return members.front();  }
267     inline const ArchiveMember&   back()   const { return members.back();   }
268     inline       ArchiveMember&   back()         { return members.back();   }
269
270   /// @}
271   /// @name ilist mutator methods
272   /// @{
273   public:
274     /// This method splices a \p src member from an archive (possibly \p this),
275     /// to a position just before the member given by \p dest in \p this. When
276     /// the archive is written, \p src will be written in its new location.
277     /// @brief Move a member to a new location
278     inline void splice(iterator dest, Archive& arch, iterator src)
279       { return members.splice(dest,arch.members,src); }
280
281     /// This method erases a \p target member from the archive. When the
282     /// archive is written, it will no longer contain \p target. The associated
283     /// ArchiveMember is deleted.
284     /// @brief Erase a member.
285     inline iterator erase(iterator target) { return members.erase(target); }
286
287   /// @}
288   /// @name Constructors
289   /// @{
290   public:
291     /// Create an empty archive file and associate it with the \p Filename. This
292     /// method does not actually create the archive disk file. It creates an
293     /// empty Archive object. If the writeToDisk method is called, the archive
294     /// file \p Filename will be created at that point, with whatever content
295     /// the returned Archive object has at that time.
296     /// @returns An Archive* that represents the new archive file.
297     /// @brief Create an empty Archive.
298     static Archive* CreateEmpty(
299       const sys::Path& Filename ///< Name of the archive to (eventually) create.
300     );
301
302     /// Open an existing archive and load its contents in preparation for
303     /// editing. After this call, the member ilist is completely populated based
304     /// on the contents of the archive file. You should use this form of open if
305     /// you intend to modify the archive or traverse its contents (e.g. for
306     /// printing).
307     /// @brief Open and load an archive file
308     static Archive* OpenAndLoad(
309       const sys::Path& filePath,  ///< The file path to open and load
310       std::string* ErrorMessage   ///< An optional error string
311     );
312
313     /// This method opens an existing archive file from \p Filename and reads in
314     /// its symbol table without reading in any of the archive's members. This
315     /// reduces both I/O and cpu time in opening the archive if it is to be used
316     /// solely for symbol lookup (e.g. during linking).  The \p Filename must
317     /// exist and be an archive file or an exception will be thrown. This form
318     /// of opening the archive is intended for read-only operations that need to
319     /// locate members via the symbol table for link editing.  Since the archve
320     /// members are not read by this method, the archive will appear empty upon
321     /// return. If editing operations are performed on the archive, they will
322     /// completely replace the contents of the archive! It is recommended that
323     /// if this form of opening the archive is used that only the symbol table
324     /// lookup methods (getSymbolTable, findModuleDefiningSymbol, and
325     /// findModulesDefiningSymbols) be used.
326     /// @throws std::string if an error occurs opening the file
327     /// @returns an Archive* that represents the archive file.
328     /// @brief Open an existing archive and load its symbols.
329     static Archive* OpenAndLoadSymbols(
330       const sys::Path& Filename,   ///< Name of the archive file to open
331       std::string* ErrorMessage=0  ///< An optional error string
332     );
333
334     /// This destructor cleans up the Archive object, releases all memory, and
335     /// closes files. It does nothing with the archive file on disk. If you
336     /// haven't used the writeToDisk method by the time the destructor is
337     /// called, all changes to the archive will be lost.
338     /// @throws std::string if an error occurs
339     /// @brief Destruct in-memory archive
340     ~Archive();
341
342   /// @}
343   /// @name Accessors
344   /// @{
345   public:
346     /// @returns the path to the archive file.
347     /// @brief Get the archive path.
348     const sys::Path& getPath() { return archPath; }
349
350     /// This method is provided so that editing methods can be invoked directly
351     /// on the Archive's iplist of ArchiveMember. However, it is recommended
352     /// that the usual STL style iterator interface be used instead.
353     /// @returns the iplist of ArchiveMember
354     /// @brief Get the iplist of the members
355     MembersList& getMembers() { return members; }
356
357     /// This method allows direct query of the Archive's symbol table. The
358     /// symbol table is a std::map of std::string (the symbol) to unsigned (the
359     /// file offset). Note that for efficiency reasons, the offset stored in
360     /// the symbol table is not the actual offset. It is the offset from the
361     /// beginning of the first "real" file member (after the symbol table). Use
362     /// the getFirstFileOffset() to obtain that offset and add this value to the
363     /// offset in the symbol table to obtain the real file offset. Note that
364     /// there is purposefully no interface provided by Archive to look up
365     /// members by their offset. Use the findModulesDefiningSymbols and
366     /// findModuleDefiningSymbol methods instead.
367     /// @returns the Archive's symbol table.
368     /// @brief Get the archive's symbol table
369     const SymTabType& getSymbolTable() { return symTab; }
370
371     /// This method returns the offset in the archive file to the first "real"
372     /// file member. Archive files, on disk, have a signature and might have a
373     /// symbol table that precedes the first actual file member. This method
374     /// allows you to determine what the size of those fields are.
375     /// @returns the offset to the first "real" file member  in the archive.
376     /// @brief Get the offset to the first "real" file member  in the archive.
377     unsigned getFirstFileOffset() { return firstFileOffset; }
378
379     /// This method will scan the archive for bytecode modules, interpret them
380     /// and return a vector of the instantiated modules in \p Modules. If an
381     /// error occurs, this method will return true. If \p ErrMessage is not null
382     /// and an error occurs, \p *ErrMessage will be set to a string explaining
383     /// the error that occurred.
384     /// @returns true if an error occurred
385     /// @brief Instantiate all the bytecode modules located in the archive
386     bool getAllModules(std::vector<Module*>& Modules, std::string* ErrMessage);
387
388     /// This accessor looks up the \p symbol in the archive's symbol table and
389     /// returns the associated module that defines that symbol. This method can
390     /// be called as many times as necessary. This is handy for linking the
391     /// archive into another module based on unresolved symbols. Note that the
392     /// ModuleProvider returned by this accessor should not be deleted by the
393     /// caller. It is managed internally by the Archive class. It is possible
394     /// that multiple calls to this accessor will return the same ModuleProvider
395     /// instance because the associated module defines multiple symbols.
396     /// @returns The ModuleProvider* found or null if the archive does not
397     /// contain a module that defines the \p symbol.
398     /// @brief Look up a module by symbol name.
399     ModuleProvider* findModuleDefiningSymbol(
400       const std::string& symbol,  ///< Symbol to be sought
401       std::string* ErrMessage     ///< Error message storage, if non-zero
402     );
403
404     /// This method is similar to findModuleDefiningSymbol but allows lookup of
405     /// more than one symbol at a time. If \p symbols contains a list of
406     /// undefined symbols in some module, then calling this method is like
407     /// making one complete pass through the archive to resolve symbols but is
408     /// more efficient than looking at the individual members. Note that on
409     /// exit, the symbols resolved by this method will be removed from \p
410     /// symbols to ensure they are not re-searched on a subsequent call. If
411     /// you need to retain the list of symbols, make a copy.
412     /// @brief Look up multiple symbols in the archive.
413     bool findModulesDefiningSymbols(
414       std::set<std::string>& symbols,     ///< Symbols to be sought
415       std::set<ModuleProvider*>& modules, ///< The modules matching \p symbols
416       std::string* ErrMessage             ///< Error msg storage, if non-zero
417     );
418
419     /// This method determines whether the archive is a properly formed llvm
420     /// bytecode archive.  It first makes sure the symbol table has been loaded
421     /// and has a non-zero size.  If it does, then it is an archive.  If not,
422     /// then it tries to load all the bytecode modules of the archive.  Finally,
423     /// it returns whether it was successfull.
424     /// @returns true if the archive is a proper llvm bytecode archive
425     /// @brief Determine whether the archive is a proper llvm bytecode archive.
426     bool isBytecodeArchive();
427
428   /// @}
429   /// @name Mutators
430   /// @{
431   public:
432     /// This method is the only way to get the archive written to disk. It
433     /// creates or overwrites the file specified when \p this was created
434     /// or opened. The arguments provide options for writing the archive. If
435     /// \p CreateSymbolTable is true, the archive is scanned for bytecode files
436     /// and a symbol table of the externally visible function and global
437     /// variable names is created. If \p TruncateNames is true, the names of the
438     /// archive members will have their path component stripped and the file
439     /// name will be truncated at 15 characters. If \p Compress is specified,
440     /// all archive members will be compressed before being written. If
441     /// \p PrintSymTab is true, the symbol table will be printed to std::cout.
442     /// @returns false if an error occurred, \p error set to error message
443     /// @returns true if the writing succeeded.
444     /// @brief Write (possibly modified) archive contents to disk
445     bool writeToDisk(
446       bool CreateSymbolTable=false,   ///< Create Symbol table
447       bool TruncateNames=false,       ///< Truncate the filename to 15 chars
448       bool Compress=false,            ///< Compress files
449       std::string* ErrMessage=0       ///< If non-null, where error msg is set
450     );
451
452     /// This method adds a new file to the archive. The \p filename is examined
453     /// to determine just enough information to create an ArchiveMember object
454     /// which is then inserted into the Archive object's ilist at the location
455     /// given by \p where.
456     /// @throws std::string if an error occurs reading the \p filename.
457     /// @returns nothing
458     /// @brief Add a file to the archive.
459     void addFileBefore(const sys::Path& filename, iterator where);
460
461   /// @}
462   /// @name Implementation
463   /// @{
464   protected:
465     /// @brief Construct an Archive for \p filename and optionally  map it
466     /// into memory.
467     Archive(const sys::Path& filename, bool map = false );
468
469     /// @param error Set to address of a std::string to get error messages
470     /// @returns false on error
471     /// @brief Parse the symbol table at \p data.
472     bool parseSymbolTable(const void* data,unsigned len,std::string* error);
473
474     /// @returns A fully populated ArchiveMember or 0 if an error occurred.
475     /// @brief Parse the header of a member starting at \p At
476     ArchiveMember* parseMemberHeader(
477       const char*&At,    ///< The pointer to the location we're parsing
478       const char*End,    ///< The pointer to the end of the archive
479       std::string* error ///< Optional error message catcher
480     );
481
482     /// @param error Set to address of a std::string to get error messages
483     /// @returns false on error
484     /// @brief Check that the archive signature is correct
485     bool checkSignature(std::string* ErrMessage);
486
487     /// @param error Set to address of a std::string to get error messages
488     /// @returns false on error
489     /// @brief Load the entire archive.
490     bool loadArchive(std::string* ErrMessage);
491
492     /// @param error Set to address of a std::string to get error messages
493     /// @returns false on error
494     /// @brief Load just the symbol table.
495     bool loadSymbolTable(std::string* ErrMessage);
496
497     /// @brief Write the symbol table to an ofstream.
498     void writeSymbolTable(std::ofstream& ARFile);
499
500     /// Writes one ArchiveMember to an ofstream. If an error occurs, returns
501     /// false, otherwise true. If an error occurs and error is non-null then 
502     /// it will be set to an error message.
503     /// @returns true Writing member succeeded
504     /// @returns false Writing member failed, \p error set to error message
505     bool writeMember(
506       const ArchiveMember& member, ///< The member to be written
507       std::ofstream& ARFile,       ///< The file to write member onto
508       bool CreateSymbolTable,      ///< Should symbol table be created?
509       bool TruncateNames,          ///< Should names be truncated to 11 chars?
510       bool ShouldCompress,         ///< Should the member be compressed?
511       std::string* ErrMessage      ///< If non-null, place were error msg is set
512     );
513
514     /// @brief Fill in an ArchiveMemberHeader from ArchiveMember.
515     bool fillHeader(const ArchiveMember&mbr,
516                     ArchiveMemberHeader& hdr,int sz, bool TruncateNames) const;
517
518     /// @brief Frees all the members and unmaps the archive file.
519     void cleanUpMemory();
520
521     /// This type is used to keep track of bytecode modules loaded from the
522     /// symbol table. It maps the file offset to a pair that consists of the
523     /// associated ArchiveMember and the ModuleProvider.
524     /// @brief Module mapping type
525     typedef std::map<unsigned,std::pair<ModuleProvider*,ArchiveMember*> >
526       ModuleMap;
527
528   /// @}
529   /// @name Data
530   /// @{
531   protected:
532     sys::Path archPath;       ///< Path to the archive file we read/write
533     MembersList members;      ///< The ilist of ArchiveMember
534     sys::MappedFile* mapfile; ///< Raw Archive contents mapped into memory
535     const char* base;         ///< Base of the memory mapped file data
536     SymTabType symTab;        ///< The symbol table
537     std::string strtab;       ///< The string table for long file names
538     unsigned symTabSize;      ///< Size in bytes of symbol table
539     unsigned firstFileOffset; ///< Offset to first normal file.
540     ModuleMap modules;        ///< The modules loaded via symbol lookup.
541     ArchiveMember* foreignST; ///< This holds the foreign symbol table.
542
543   /// @}
544   /// @name Hidden
545   /// @{
546   private:
547     Archive();                          ///< Do not implement
548     Archive(const Archive&);            ///< Do not implement
549     Archive& operator=(const Archive&); ///< Do not implement
550   /// @}
551 };
552
553 } // End llvm namespace
554
555 #endif