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[oota-llvm.git] / include / llvm / Object / ObjectFile.h
1 //===- ObjectFile.h - File format independent object file -------*- 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 file declares a file format independent ObjectFile class.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #ifndef LLVM_OBJECT_OBJECT_FILE_H
15 #define LLVM_OBJECT_OBJECT_FILE_H
16
17 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
18 #include "llvm/Object/Binary.h"
19 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
20 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
21 #include "llvm/Support/MemoryBuffer.h"
22 #include <cstring>
23 #include <vector>
24
25 namespace llvm {
26 namespace object {
27
28 class ObjectFile;
29
30 union DataRefImpl {
31   struct {
32     // ELF needs this for relocations. This entire union should probably be a
33     // char[max(8, sizeof(uintptr_t))] and require the impl to cast.
34     uint16_t a, b;
35     uint32_t c;
36   } w;
37   struct {
38     uint32_t a, b;
39   } d;
40   uintptr_t p;
41   DataRefImpl() {
42     std::memset(this, 0, sizeof(DataRefImpl));
43   }
44 };
45
46 template<class content_type>
47 class content_iterator {
48   content_type Current;
49 public:
50   content_iterator(content_type symb)
51     : Current(symb) {}
52
53   const content_type* operator->() const {
54     return &Current;
55   }
56
57   const content_type &operator*() const {
58     return Current;
59   }
60
61   bool operator==(const content_iterator &other) const {
62     return Current == other.Current;
63   }
64
65   bool operator!=(const content_iterator &other) const {
66     return !(*this == other);
67   }
68
69   content_iterator& increment(error_code &err) {
70     content_type next;
71     if (error_code ec = Current.getNext(next))
72       err = ec;
73     else
74       Current = next;
75     return *this;
76   }
77 };
78
79 inline bool operator==(const DataRefImpl &a, const DataRefImpl &b) {
80   // Check bitwise identical. This is the only legal way to compare a union w/o
81   // knowing which member is in use.
82   return std::memcmp(&a, &b, sizeof(DataRefImpl)) == 0;
83 }
84
85 inline bool operator<(const DataRefImpl &a, const DataRefImpl &b) {
86   // Check bitwise identical. This is the only legal way to compare a union w/o
87   // knowing which member is in use.
88   return std::memcmp(&a, &b, sizeof(DataRefImpl)) < 0;
89 }
90
91 class SymbolRef;
92
93 /// RelocationRef - This is a value type class that represents a single
94 /// relocation in the list of relocations in the object file.
95 class RelocationRef {
96   DataRefImpl RelocationPimpl;
97   const ObjectFile *OwningObject;
98
99 public:
100   RelocationRef() : OwningObject(NULL) { }
101
102   RelocationRef(DataRefImpl RelocationP, const ObjectFile *Owner);
103
104   bool operator==(const RelocationRef &Other) const;
105
106   error_code getNext(RelocationRef &Result) const;
107
108   error_code getAddress(uint64_t &Result) const;
109   error_code getOffset(uint64_t &Result) const;
110   error_code getSymbol(SymbolRef &Result) const;
111   error_code getType(uint64_t &Result) const;
112
113   /// @brief Indicates whether this relocation should hidden when listing
114   /// relocations, usually because it is the trailing part of a multipart
115   /// relocation that will be printed as part of the leading relocation.
116   error_code getHidden(bool &Result) const;
117
118   /// @brief Get a string that represents the type of this relocation.
119   ///
120   /// This is for display purposes only.
121   error_code getTypeName(SmallVectorImpl<char> &Result) const;
122   error_code getAdditionalInfo(int64_t &Result) const;
123
124   /// @brief Get a string that represents the calculation of the value of this
125   ///        relocation.
126   ///
127   /// This is for display purposes only.
128   error_code getValueString(SmallVectorImpl<char> &Result) const;
129
130   DataRefImpl getRawDataRefImpl() const;
131 };
132 typedef content_iterator<RelocationRef> relocation_iterator;
133
134 /// SectionRef - This is a value type class that represents a single section in
135 /// the list of sections in the object file.
136 class SectionRef {
137   friend class SymbolRef;
138   DataRefImpl SectionPimpl;
139   const ObjectFile *OwningObject;
140
141 public:
142   SectionRef() : OwningObject(NULL) { }
143
144   SectionRef(DataRefImpl SectionP, const ObjectFile *Owner);
145
146   bool operator==(const SectionRef &Other) const;
147   bool operator<(const SectionRef &Other) const;
148
149   error_code getNext(SectionRef &Result) const;
150
151   error_code getName(StringRef &Result) const;
152   error_code getAddress(uint64_t &Result) const;
153   error_code getSize(uint64_t &Result) const;
154   error_code getContents(StringRef &Result) const;
155
156   /// @brief Get the alignment of this section as the actual value (not log 2).
157   error_code getAlignment(uint64_t &Result) const;
158
159   // FIXME: Move to the normalization layer when it's created.
160   error_code isText(bool &Result) const;
161   error_code isData(bool &Result) const;
162   error_code isBSS(bool &Result) const;
163   error_code isRequiredForExecution(bool &Result) const;
164   error_code isVirtual(bool &Result) const;
165   error_code isZeroInit(bool &Result) const;
166   error_code isReadOnlyData(bool &Result) const;
167
168   error_code containsSymbol(SymbolRef S, bool &Result) const;
169
170   relocation_iterator begin_relocations() const;
171   relocation_iterator end_relocations() const;
172
173   DataRefImpl getRawDataRefImpl() const;
174 };
175 typedef content_iterator<SectionRef> section_iterator;
176
177 /// SymbolRef - This is a value type class that represents a single symbol in
178 /// the list of symbols in the object file.
179 class SymbolRef {
180   friend class SectionRef;
181   DataRefImpl SymbolPimpl;
182   const ObjectFile *OwningObject;
183
184 public:
185   SymbolRef() : OwningObject(NULL) { }
186
187   enum Type {
188     ST_Unknown, // Type not specified
189     ST_Data,
190     ST_Debug,
191     ST_File,
192     ST_Function,
193     ST_Other
194   };
195
196   enum Flags {
197     SF_None            = 0,
198     SF_Undefined       = 1U << 0,  // Symbol is defined in another object file
199     SF_Global          = 1U << 1,  // Global symbol
200     SF_Weak            = 1U << 2,  // Weak symbol
201     SF_Absolute        = 1U << 3,  // Absolute symbol
202     SF_ThreadLocal     = 1U << 4,  // Thread local symbol
203     SF_Common          = 1U << 5,  // Symbol has common linkage
204     SF_FormatSpecific  = 1U << 31  // Specific to the object file format
205                                    // (e.g. section symbols)
206   };
207
208   SymbolRef(DataRefImpl SymbolP, const ObjectFile *Owner);
209
210   bool operator==(const SymbolRef &Other) const;
211   bool operator<(const SymbolRef &Other) const;
212
213   error_code getNext(SymbolRef &Result) const;
214
215   error_code getName(StringRef &Result) const;
216   /// Returns the symbol virtual address (i.e. address at which it will be
217   /// mapped).
218   error_code getAddress(uint64_t &Result) const;
219   error_code getFileOffset(uint64_t &Result) const;
220   error_code getSize(uint64_t &Result) const;
221   error_code getType(SymbolRef::Type &Result) const;
222
223   /// Returns the ascii char that should be displayed in a symbol table dump via
224   /// nm for this symbol.
225   error_code getNMTypeChar(char &Result) const;
226
227   /// Get symbol flags (bitwise OR of SymbolRef::Flags)
228   error_code getFlags(uint32_t &Result) const;
229
230   /// @brief Return true for common symbols such as uninitialized globals
231   error_code isCommon(bool &Result) const;
232
233   /// @brief Get section this symbol is defined in reference to. Result is
234   /// end_sections() if it is undefined or is an absolute symbol.
235   error_code getSection(section_iterator &Result) const;
236
237   /// @brief Get value of the symbol in the symbol table.
238   error_code getValue(uint64_t &Val) const;
239
240   DataRefImpl getRawDataRefImpl() const;
241 };
242 typedef content_iterator<SymbolRef> symbol_iterator;
243
244 /// LibraryRef - This is a value type class that represents a single library in
245 /// the list of libraries needed by a shared or dynamic object.
246 class LibraryRef {
247   friend class SectionRef;
248   DataRefImpl LibraryPimpl;
249   const ObjectFile *OwningObject;
250
251 public:
252   LibraryRef() : OwningObject(NULL) { }
253
254   LibraryRef(DataRefImpl LibraryP, const ObjectFile *Owner);
255
256   bool operator==(const LibraryRef &Other) const;
257   bool operator<(const LibraryRef &Other) const;
258
259   error_code getNext(LibraryRef &Result) const;
260
261   // Get the path to this library, as stored in the object file.
262   error_code getPath(StringRef &Result) const;
263
264   DataRefImpl getRawDataRefImpl() const;
265 };
266 typedef content_iterator<LibraryRef> library_iterator;
267
268 const uint64_t UnknownAddressOrSize = ~0ULL;
269
270 /// ObjectFile - This class is the base class for all object file types.
271 /// Concrete instances of this object are created by createObjectFile, which
272 /// figures out which type to create.
273 class ObjectFile : public Binary {
274   virtual void anchor();
275   ObjectFile() LLVM_DELETED_FUNCTION;
276   ObjectFile(const ObjectFile &other) LLVM_DELETED_FUNCTION;
277
278 protected:
279   ObjectFile(unsigned int Type, MemoryBuffer *source, error_code &ec);
280
281   const uint8_t *base() const {
282     return reinterpret_cast<const uint8_t *>(Data->getBufferStart());
283   }
284
285   // These functions are for SymbolRef to call internally. The main goal of
286   // this is to allow SymbolRef::SymbolPimpl to point directly to the symbol
287   // entry in the memory mapped object file. SymbolPimpl cannot contain any
288   // virtual functions because then it could not point into the memory mapped
289   // file.
290   //
291   // Implementations assume that the DataRefImpl is valid and has not been
292   // modified externally. It's UB otherwise.
293   friend class SymbolRef;
294   virtual error_code getSymbolNext(DataRefImpl Symb, SymbolRef &Res) const = 0;
295   virtual error_code getSymbolName(DataRefImpl Symb, StringRef &Res) const = 0;
296   virtual error_code getSymbolAddress(DataRefImpl Symb, uint64_t &Res) const = 0;
297   virtual error_code getSymbolFileOffset(DataRefImpl Symb, uint64_t &Res)const=0;
298   virtual error_code getSymbolSize(DataRefImpl Symb, uint64_t &Res) const = 0;
299   virtual error_code getSymbolType(DataRefImpl Symb,
300                                    SymbolRef::Type &Res) const = 0;
301   virtual error_code getSymbolNMTypeChar(DataRefImpl Symb, char &Res) const = 0;
302   virtual error_code getSymbolFlags(DataRefImpl Symb,
303                                     uint32_t &Res) const = 0;
304   virtual error_code getSymbolSection(DataRefImpl Symb,
305                                       section_iterator &Res) const = 0;
306   virtual error_code getSymbolValue(DataRefImpl Symb, uint64_t &Val) const = 0;
307
308   // Same as above for SectionRef.
309   friend class SectionRef;
310   virtual error_code getSectionNext(DataRefImpl Sec, SectionRef &Res) const = 0;
311   virtual error_code getSectionName(DataRefImpl Sec, StringRef &Res) const = 0;
312   virtual error_code getSectionAddress(DataRefImpl Sec, uint64_t &Res) const =0;
313   virtual error_code getSectionSize(DataRefImpl Sec, uint64_t &Res) const = 0;
314   virtual error_code getSectionContents(DataRefImpl Sec, StringRef &Res)const=0;
315   virtual error_code getSectionAlignment(DataRefImpl Sec, uint64_t &Res)const=0;
316   virtual error_code isSectionText(DataRefImpl Sec, bool &Res) const = 0;
317   virtual error_code isSectionData(DataRefImpl Sec, bool &Res) const = 0;
318   virtual error_code isSectionBSS(DataRefImpl Sec, bool &Res) const = 0;
319   virtual error_code isSectionRequiredForExecution(DataRefImpl Sec,
320                                                    bool &Res) const = 0;
321   // A section is 'virtual' if its contents aren't present in the object image.
322   virtual error_code isSectionVirtual(DataRefImpl Sec, bool &Res) const = 0;
323   virtual error_code isSectionZeroInit(DataRefImpl Sec, bool &Res) const = 0;
324   virtual error_code isSectionReadOnlyData(DataRefImpl Sec, bool &Res) const =0;
325   virtual error_code sectionContainsSymbol(DataRefImpl Sec, DataRefImpl Symb,
326                                            bool &Result) const = 0;
327   virtual relocation_iterator getSectionRelBegin(DataRefImpl Sec) const = 0;
328   virtual relocation_iterator getSectionRelEnd(DataRefImpl Sec) const = 0;
329
330
331   // Same as above for RelocationRef.
332   friend class RelocationRef;
333   virtual error_code getRelocationNext(DataRefImpl Rel,
334                                        RelocationRef &Res) const = 0;
335   virtual error_code getRelocationAddress(DataRefImpl Rel,
336                                           uint64_t &Res) const =0;
337   virtual error_code getRelocationOffset(DataRefImpl Rel,
338                                          uint64_t &Res) const =0;
339   virtual error_code getRelocationSymbol(DataRefImpl Rel,
340                                          SymbolRef &Res) const = 0;
341   virtual error_code getRelocationType(DataRefImpl Rel,
342                                        uint64_t &Res) const = 0;
343   virtual error_code getRelocationTypeName(DataRefImpl Rel,
344                                        SmallVectorImpl<char> &Result) const = 0;
345   virtual error_code getRelocationAdditionalInfo(DataRefImpl Rel,
346                                                  int64_t &Res) const = 0;
347   virtual error_code getRelocationValueString(DataRefImpl Rel,
348                                        SmallVectorImpl<char> &Result) const = 0;
349   virtual error_code getRelocationHidden(DataRefImpl Rel, bool &Result) const {
350     Result = false;
351     return object_error::success;
352   }
353
354   // Same for LibraryRef
355   friend class LibraryRef;
356   virtual error_code getLibraryNext(DataRefImpl Lib, LibraryRef &Res) const = 0;
357   virtual error_code getLibraryPath(DataRefImpl Lib, StringRef &Res) const = 0;
358
359 public:
360
361   virtual symbol_iterator begin_symbols() const = 0;
362   virtual symbol_iterator end_symbols() const = 0;
363
364   virtual symbol_iterator begin_dynamic_symbols() const = 0;
365   virtual symbol_iterator end_dynamic_symbols() const = 0;
366
367   virtual section_iterator begin_sections() const = 0;
368   virtual section_iterator end_sections() const = 0;
369
370   virtual library_iterator begin_libraries_needed() const = 0;
371   virtual library_iterator end_libraries_needed() const = 0;
372
373   /// @brief The number of bytes used to represent an address in this object
374   ///        file format.
375   virtual uint8_t getBytesInAddress() const = 0;
376
377   virtual StringRef getFileFormatName() const = 0;
378   virtual /* Triple::ArchType */ unsigned getArch() const = 0;
379
380   /// For shared objects, returns the name which this object should be
381   /// loaded from at runtime. This corresponds to DT_SONAME on ELF and
382   /// LC_ID_DYLIB (install name) on MachO.
383   virtual StringRef getLoadName() const = 0;
384
385   /// @returns Pointer to ObjectFile subclass to handle this type of object.
386   /// @param ObjectPath The path to the object file. ObjectPath.isObject must
387   ///        return true.
388   /// @brief Create ObjectFile from path.
389   static ObjectFile *createObjectFile(StringRef ObjectPath);
390   static ObjectFile *createObjectFile(MemoryBuffer *Object);
391
392   static inline bool classof(const Binary *v) {
393     return v->isObject();
394   }
395
396 public:
397   static ObjectFile *createCOFFObjectFile(MemoryBuffer *Object);
398   static ObjectFile *createELFObjectFile(MemoryBuffer *Object);
399   static ObjectFile *createMachOObjectFile(MemoryBuffer *Object);
400 };
401
402 // Inline function definitions.
403 inline SymbolRef::SymbolRef(DataRefImpl SymbolP, const ObjectFile *Owner)
404   : SymbolPimpl(SymbolP)
405   , OwningObject(Owner) {}
406
407 inline bool SymbolRef::operator==(const SymbolRef &Other) const {
408   return SymbolPimpl == Other.SymbolPimpl;
409 }
410
411 inline bool SymbolRef::operator<(const SymbolRef &Other) const {
412   return SymbolPimpl < Other.SymbolPimpl;
413 }
414
415 inline error_code SymbolRef::getNext(SymbolRef &Result) const {
416   return OwningObject->getSymbolNext(SymbolPimpl, Result);
417 }
418
419 inline error_code SymbolRef::getName(StringRef &Result) const {
420   return OwningObject->getSymbolName(SymbolPimpl, Result);
421 }
422
423 inline error_code SymbolRef::getAddress(uint64_t &Result) const {
424   return OwningObject->getSymbolAddress(SymbolPimpl, Result);
425 }
426
427 inline error_code SymbolRef::getFileOffset(uint64_t &Result) const {
428   return OwningObject->getSymbolFileOffset(SymbolPimpl, Result);
429 }
430
431 inline error_code SymbolRef::getSize(uint64_t &Result) const {
432   return OwningObject->getSymbolSize(SymbolPimpl, Result);
433 }
434
435 inline error_code SymbolRef::getNMTypeChar(char &Result) const {
436   return OwningObject->getSymbolNMTypeChar(SymbolPimpl, Result);
437 }
438
439 inline error_code SymbolRef::getFlags(uint32_t &Result) const {
440   return OwningObject->getSymbolFlags(SymbolPimpl, Result);
441 }
442
443 inline error_code SymbolRef::getSection(section_iterator &Result) const {
444   return OwningObject->getSymbolSection(SymbolPimpl, Result);
445 }
446
447 inline error_code SymbolRef::getType(SymbolRef::Type &Result) const {
448   return OwningObject->getSymbolType(SymbolPimpl, Result);
449 }
450
451 inline error_code SymbolRef::getValue(uint64_t &Val) const {
452   return OwningObject->getSymbolValue(SymbolPimpl, Val);
453 }
454
455 inline DataRefImpl SymbolRef::getRawDataRefImpl() const {
456   return SymbolPimpl;
457 }
458
459
460 /// SectionRef
461 inline SectionRef::SectionRef(DataRefImpl SectionP,
462                               const ObjectFile *Owner)
463   : SectionPimpl(SectionP)
464   , OwningObject(Owner) {}
465
466 inline bool SectionRef::operator==(const SectionRef &Other) const {
467   return SectionPimpl == Other.SectionPimpl;
468 }
469
470 inline bool SectionRef::operator<(const SectionRef &Other) const {
471   return SectionPimpl < Other.SectionPimpl;
472 }
473
474 inline error_code SectionRef::getNext(SectionRef &Result) const {
475   return OwningObject->getSectionNext(SectionPimpl, Result);
476 }
477
478 inline error_code SectionRef::getName(StringRef &Result) const {
479   return OwningObject->getSectionName(SectionPimpl, Result);
480 }
481
482 inline error_code SectionRef::getAddress(uint64_t &Result) const {
483   return OwningObject->getSectionAddress(SectionPimpl, Result);
484 }
485
486 inline error_code SectionRef::getSize(uint64_t &Result) const {
487   return OwningObject->getSectionSize(SectionPimpl, Result);
488 }
489
490 inline error_code SectionRef::getContents(StringRef &Result) const {
491   return OwningObject->getSectionContents(SectionPimpl, Result);
492 }
493
494 inline error_code SectionRef::getAlignment(uint64_t &Result) const {
495   return OwningObject->getSectionAlignment(SectionPimpl, Result);
496 }
497
498 inline error_code SectionRef::isText(bool &Result) const {
499   return OwningObject->isSectionText(SectionPimpl, Result);
500 }
501
502 inline error_code SectionRef::isData(bool &Result) const {
503   return OwningObject->isSectionData(SectionPimpl, Result);
504 }
505
506 inline error_code SectionRef::isBSS(bool &Result) const {
507   return OwningObject->isSectionBSS(SectionPimpl, Result);
508 }
509
510 inline error_code SectionRef::isRequiredForExecution(bool &Result) const {
511   return OwningObject->isSectionRequiredForExecution(SectionPimpl, Result);
512 }
513
514 inline error_code SectionRef::isVirtual(bool &Result) const {
515   return OwningObject->isSectionVirtual(SectionPimpl, Result);
516 }
517
518 inline error_code SectionRef::isZeroInit(bool &Result) const {
519   return OwningObject->isSectionZeroInit(SectionPimpl, Result);
520 }
521
522 inline error_code SectionRef::isReadOnlyData(bool &Result) const {
523   return OwningObject->isSectionReadOnlyData(SectionPimpl, Result);
524 }
525
526 inline error_code SectionRef::containsSymbol(SymbolRef S, bool &Result) const {
527   return OwningObject->sectionContainsSymbol(SectionPimpl, S.SymbolPimpl,
528                                              Result);
529 }
530
531 inline relocation_iterator SectionRef::begin_relocations() const {
532   return OwningObject->getSectionRelBegin(SectionPimpl);
533 }
534
535 inline relocation_iterator SectionRef::end_relocations() const {
536   return OwningObject->getSectionRelEnd(SectionPimpl);
537 }
538
539 inline DataRefImpl SectionRef::getRawDataRefImpl() const {
540   return SectionPimpl;
541 }
542
543 /// RelocationRef
544 inline RelocationRef::RelocationRef(DataRefImpl RelocationP,
545                               const ObjectFile *Owner)
546   : RelocationPimpl(RelocationP)
547   , OwningObject(Owner) {}
548
549 inline bool RelocationRef::operator==(const RelocationRef &Other) const {
550   return RelocationPimpl == Other.RelocationPimpl;
551 }
552
553 inline error_code RelocationRef::getNext(RelocationRef &Result) const {
554   return OwningObject->getRelocationNext(RelocationPimpl, Result);
555 }
556
557 inline error_code RelocationRef::getAddress(uint64_t &Result) const {
558   return OwningObject->getRelocationAddress(RelocationPimpl, Result);
559 }
560
561 inline error_code RelocationRef::getOffset(uint64_t &Result) const {
562   return OwningObject->getRelocationOffset(RelocationPimpl, Result);
563 }
564
565 inline error_code RelocationRef::getSymbol(SymbolRef &Result) const {
566   return OwningObject->getRelocationSymbol(RelocationPimpl, Result);
567 }
568
569 inline error_code RelocationRef::getType(uint64_t &Result) const {
570   return OwningObject->getRelocationType(RelocationPimpl, Result);
571 }
572
573 inline error_code RelocationRef::getTypeName(SmallVectorImpl<char> &Result)
574   const {
575   return OwningObject->getRelocationTypeName(RelocationPimpl, Result);
576 }
577
578 inline error_code RelocationRef::getAdditionalInfo(int64_t &Result) const {
579   return OwningObject->getRelocationAdditionalInfo(RelocationPimpl, Result);
580 }
581
582 inline error_code RelocationRef::getValueString(SmallVectorImpl<char> &Result)
583   const {
584   return OwningObject->getRelocationValueString(RelocationPimpl, Result);
585 }
586
587 inline error_code RelocationRef::getHidden(bool &Result) const {
588   return OwningObject->getRelocationHidden(RelocationPimpl, Result);
589 }
590
591 inline DataRefImpl RelocationRef::getRawDataRefImpl() const {
592   return RelocationPimpl;
593 }
594
595 // Inline function definitions.
596 inline LibraryRef::LibraryRef(DataRefImpl LibraryP, const ObjectFile *Owner)
597   : LibraryPimpl(LibraryP)
598   , OwningObject(Owner) {}
599
600 inline bool LibraryRef::operator==(const LibraryRef &Other) const {
601   return LibraryPimpl == Other.LibraryPimpl;
602 }
603
604 inline bool LibraryRef::operator<(const LibraryRef &Other) const {
605   return LibraryPimpl < Other.LibraryPimpl;
606 }
607
608 inline error_code LibraryRef::getNext(LibraryRef &Result) const {
609   return OwningObject->getLibraryNext(LibraryPimpl, Result);
610 }
611
612 inline error_code LibraryRef::getPath(StringRef &Result) const {
613   return OwningObject->getLibraryPath(LibraryPimpl, Result);
614 }
615
616 } // end namespace object
617 } // end namespace llvm
618
619 #endif