lib/DebugInfo/DWARFDebugLine.cpp

   1 //===-- DWARFDebugLine.cpp ------------------------------------------------===//
   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 #include "DWARFDebugLine.h"
  11 #include "llvm/Support/Dwarf.h"
  12 #include "llvm/Support/Format.h"
  13 #include "llvm/Support/Path.h"
  14 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  15 #include <algorithm>
  16 using namespace llvm;
  17 using namespace dwarf;
  18
  19 void DWARFDebugLine::Prologue::dump(raw_ostream &OS) const {
  20   OS << "Line table prologue:\n"
  21      << format("   total_length: 0x%8.8x\n", TotalLength)
  22      << format("        version: %u\n", Version)
  23      << format("prologue_length: 0x%8.8x\n", PrologueLength)
  24      << format("min_inst_length: %u\n", MinInstLength)
  25      << format("default_is_stmt: %u\n", DefaultIsStmt)
  26      << format("      line_base: %i\n", LineBase)
  27      << format("     line_range: %u\n", LineRange)
  28      << format("    opcode_base: %u\n", OpcodeBase);
  29
  30   for (uint32_t i = 0; i < StandardOpcodeLengths.size(); ++i)
  31     OS << format("standard_opcode_lengths[%s] = %u\n", LNStandardString(i+1),
  32                  StandardOpcodeLengths[i]);
  33
  34   if (!IncludeDirectories.empty())
  35     for (uint32_t i = 0; i < IncludeDirectories.size(); ++i)
  36       OS << format("include_directories[%3u] = '", i+1)
  37          << IncludeDirectories[i] << "'\n";
  38
  39   if (!FileNames.empty()) {
  40     OS << "                Dir  Mod Time   File Len   File Name\n"
  41        << "                ---- ---------- ---------- -----------"
  42           "----------------\n";
  43     for (uint32_t i = 0; i < FileNames.size(); ++i) {
  44       const FileNameEntry& fileEntry = FileNames[i];
  45       OS << format("file_names[%3u] %4" PRIu64 " ", i+1, fileEntry.DirIdx)
  46          << format("0x%8.8" PRIx64 " 0x%8.8" PRIx64 " ",
  47                    fileEntry.ModTime, fileEntry.Length)
  48          << fileEntry.Name << '\n';
  49     }
  50   }
  51 }
  52
  53 void DWARFDebugLine::Row::postAppend() {
  54   BasicBlock = false;
  55   PrologueEnd = false;
  56   EpilogueBegin = false;
  57 }
  58
  59 void DWARFDebugLine::Row::reset(bool default_is_stmt) {
  60   Address = 0;
  61   Line = 1;
  62   Column = 0;
  63   File = 1;
  64   Isa = 0;
  65   IsStmt = default_is_stmt;
  66   BasicBlock = false;
  67   EndSequence = false;
  68   PrologueEnd = false;
  69   EpilogueBegin = false;
  70 }
  71
  72 void DWARFDebugLine::Row::dump(raw_ostream &OS) const {
  73   OS << format("0x%16.16" PRIx64 " %6u %6u", Address, Line, Column)
  74      << format(" %6u %3u ", File, Isa)
  75      << (IsStmt ? " is_stmt" : "")
  76      << (BasicBlock ? " basic_block" : "")
  77      << (PrologueEnd ? " prologue_end" : "")
  78      << (EpilogueBegin ? " epilogue_begin" : "")
  79      << (EndSequence ? " end_sequence" : "")
  80      << '\n';
  81 }
  82
  83 void DWARFDebugLine::LineTable::dump(raw_ostream &OS) const {
  84   Prologue.dump(OS);
  85   OS << '\n';
  86
  87   if (!Rows.empty()) {
  88     OS << "Address            Line   Column File   ISA Flags\n"
  89        << "------------------ ------ ------ ------ --- -------------\n";
  90     for (std::vector<Row>::const_iterator pos = Rows.begin(),
  91          end = Rows.end(); pos != end; ++pos)
  92       pos->dump(OS);
  93   }
  94 }
  95
  96 DWARFDebugLine::State::~State() {}
  97
  98 void DWARFDebugLine::State::appendRowToMatrix(uint32_t offset) {
  99   if (Sequence::Empty) {
 100     // Record the beginning of instruction sequence.
 101     Sequence::Empty = false;
 102     Sequence::LowPC = Address;
 103     Sequence::FirstRowIndex = row;
 104   }
 105   ++row;  // Increase the row number.
 106   LineTable::appendRow(*this);
 107   if (EndSequence) {
 108     // Record the end of instruction sequence.
 109     Sequence::HighPC = Address;
 110     Sequence::LastRowIndex = row;
 111     if (Sequence::isValid())
 112       LineTable::appendSequence(*this);
 113     Sequence::reset();
 114   }
 115   Row::postAppend();
 116 }
 117
 118 void DWARFDebugLine::State::finalize() {
 119   row = DoneParsingLineTable;
 120   if (!Sequence::Empty) {
 121     fprintf(stderr, "warning: last sequence in debug line table is not"
 122                     "terminated!\n");
 123   }
 124   // Sort all sequences so that address lookup will work faster.
 125   if (!Sequences.empty()) {
 126     std::sort(Sequences.begin(), Sequences.end(), Sequence::orderByLowPC);
 127     // Note: actually, instruction address ranges of sequences should not
 128     // overlap (in shared objects and executables). If they do, the address
 129     // lookup would still work, though, but result would be ambiguous.
 130     // We don't report warning in this case. For example,
 131     // sometimes .so compiled from multiple object files contains a few
 132     // rudimentary sequences for address ranges [0x0, 0xsomething).
 133   }
 134 }
 135
 136 DWARFDebugLine::DumpingState::~DumpingState() {}
 137
 138 void DWARFDebugLine::DumpingState::finalize() {
 139   LineTable::dump(OS);
 140 }
 141
 142 const DWARFDebugLine::LineTable *
 143 DWARFDebugLine::getLineTable(uint32_t offset) const {
 144   LineTableConstIter pos = LineTableMap.find(offset);
 145   if (pos != LineTableMap.end())
 146     return &pos->second;
 147   return 0;
 148 }
 149
 150 const DWARFDebugLine::LineTable *
 151 DWARFDebugLine::getOrParseLineTable(DataExtractor debug_line_data,
 152                                     uint32_t offset) {
 153   std::pair<LineTableIter, bool> pos =
 154     LineTableMap.insert(LineTableMapTy::value_type(offset, LineTable()));
 155   if (pos.second) {
 156     // Parse and cache the line table for at this offset.
 157     State state;
 158     if (!parseStatementTable(debug_line_data, RelocMap, &offset, state))
 159       return 0;
 160     pos.first->second = state;
 161   }
 162   return &pos.first->second;
 163 }
 164
 165 bool
 166 DWARFDebugLine::parsePrologue(DataExtractor debug_line_data,
 167                               uint32_t *offset_ptr, Prologue *prologue) {
 168   const uint32_t prologue_offset = *offset_ptr;
 169
 170   prologue->clear();
 171   prologue->TotalLength = debug_line_data.getU32(offset_ptr);
 172   prologue->Version = debug_line_data.getU16(offset_ptr);
 173   if (prologue->Version != 2)
 174     return false;
 175
 176   prologue->PrologueLength = debug_line_data.getU32(offset_ptr);
 177   const uint32_t end_prologue_offset = prologue->PrologueLength + *offset_ptr;
 178   prologue->MinInstLength = debug_line_data.getU8(offset_ptr);
 179   prologue->DefaultIsStmt = debug_line_data.getU8(offset_ptr);
 180   prologue->LineBase = debug_line_data.getU8(offset_ptr);
 181   prologue->LineRange = debug_line_data.getU8(offset_ptr);
 182   prologue->OpcodeBase = debug_line_data.getU8(offset_ptr);
 183
 184   prologue->StandardOpcodeLengths.reserve(prologue->OpcodeBase-1);
 185   for (uint32_t i = 1; i < prologue->OpcodeBase; ++i) {
 186     uint8_t op_len = debug_line_data.getU8(offset_ptr);
 187     prologue->StandardOpcodeLengths.push_back(op_len);
 188   }
 189
 190   while (*offset_ptr < end_prologue_offset) {
 191     const char *s = debug_line_data.getCStr(offset_ptr);
 192     if (s && s[0])
 193       prologue->IncludeDirectories.push_back(s);
 194     else
 195       break;
 196   }
 197
 198   while (*offset_ptr < end_prologue_offset) {
 199     const char *name = debug_line_data.getCStr(offset_ptr);
 200     if (name && name[0]) {
 201       FileNameEntry fileEntry;
 202       fileEntry.Name = name;
 203       fileEntry.DirIdx = debug_line_data.getULEB128(offset_ptr);
 204       fileEntry.ModTime = debug_line_data.getULEB128(offset_ptr);
 205       fileEntry.Length = debug_line_data.getULEB128(offset_ptr);
 206       prologue->FileNames.push_back(fileEntry);
 207     } else {
 208       break;
 209     }
 210   }
 211
 212   if (*offset_ptr != end_prologue_offset) {
 213     fprintf(stderr, "warning: parsing line table prologue at 0x%8.8x should"
 214                     " have ended at 0x%8.8x but it ended ad 0x%8.8x\n",
 215             prologue_offset, end_prologue_offset, *offset_ptr);
 216     return false;
 217   }
 218   return true;
 219 }
 220
 221 bool
 222 DWARFDebugLine::parseStatementTable(DataExtractor debug_line_data,
 223                                     const RelocAddrMap *RMap,
 224                                     uint32_t *offset_ptr, State &state) {
 225   const uint32_t debug_line_offset = *offset_ptr;
 226
 227   Prologue *prologue = &state.Prologue;
 228
 229   if (!parsePrologue(debug_line_data, offset_ptr, prologue)) {
 230     // Restore our offset and return false to indicate failure!
 231     *offset_ptr = debug_line_offset;
 232     return false;
 233   }
 234
 235   const uint32_t end_offset = debug_line_offset + prologue->TotalLength +
 236                               sizeof(prologue->TotalLength);
 237
 238   state.reset();
 239
 240   while (*offset_ptr < end_offset) {
 241     uint8_t opcode = debug_line_data.getU8(offset_ptr);
 242
 243     if (opcode == 0) {
 244       // Extended Opcodes always start with a zero opcode followed by
 245       // a uleb128 length so you can skip ones you don't know about
 246       uint32_t ext_offset = *offset_ptr;
 247       uint64_t len = debug_line_data.getULEB128(offset_ptr);
 248       uint32_t arg_size = len - (*offset_ptr - ext_offset);
 249
 250       uint8_t sub_opcode = debug_line_data.getU8(offset_ptr);
 251       switch (sub_opcode) {
 252       case DW_LNE_end_sequence:
 253         // Set the end_sequence register of the state machine to true and
 254         // append a row to the matrix using the current values of the
 255         // state-machine registers. Then reset the registers to the initial
 256         // values specified above. Every statement program sequence must end
 257         // with a DW_LNE_end_sequence instruction which creates a row whose
 258         // address is that of the byte after the last target machine instruction
 259         // of the sequence.
 260         state.EndSequence = true;
 261         state.appendRowToMatrix(*offset_ptr);
 262         state.reset();
 263         break;
 264
 265       case DW_LNE_set_address:
 266         // Takes a single relocatable address as an operand. The size of the
 267         // operand is the size appropriate to hold an address on the target
 268         // machine. Set the address register to the value given by the
 269         // relocatable address. All of the other statement program opcodes
 270         // that affect the address register add a delta to it. This instruction
 271         // stores a relocatable value into it instead.
 272         {
 273           // If this address is in our relocation map, apply the relocation.
 274           RelocAddrMap::const_iterator AI = RMap->find(*offset_ptr);
 275           if (AI != RMap->end()) {
 276              const std::pair<uint8_t, int64_t> &R = AI->second;
 277              state.Address = debug_line_data.getAddress(offset_ptr) + R.second;
 278           } else
 279             state.Address = debug_line_data.getAddress(offset_ptr);
 280         }
 281         break;
 282
 283       case DW_LNE_define_file:
 284         // Takes 4 arguments. The first is a null terminated string containing
 285         // a source file name. The second is an unsigned LEB128 number
 286         // representing the directory index of the directory in which the file
 287         // was found. The third is an unsigned LEB128 number representing the
 288         // time of last modification of the file. The fourth is an unsigned
 289         // LEB128 number representing the length in bytes of the file. The time
 290         // and length fields may contain LEB128(0) if the information is not
 291         // available.
 292         //
 293         // The directory index represents an entry in the include_directories
 294         // section of the statement program prologue. The index is LEB128(0)
 295         // if the file was found in the current directory of the compilation,
 296         // LEB128(1) if it was found in the first directory in the
 297         // include_directories section, and so on. The directory index is
 298         // ignored for file names that represent full path names.
 299         //
 300         // The files are numbered, starting at 1, in the order in which they
 301         // appear; the names in the prologue come before names defined by
 302         // the DW_LNE_define_file instruction. These numbers are used in the
 303         // the file register of the state machine.
 304         {
 305           FileNameEntry fileEntry;
 306           fileEntry.Name = debug_line_data.getCStr(offset_ptr);
 307           fileEntry.DirIdx = debug_line_data.getULEB128(offset_ptr);
 308           fileEntry.ModTime = debug_line_data.getULEB128(offset_ptr);
 309           fileEntry.Length = debug_line_data.getULEB128(offset_ptr);
 310           prologue->FileNames.push_back(fileEntry);
 311         }
 312         break;
 313
 314       default:
 315         // Length doesn't include the zero opcode byte or the length itself, but
 316         // it does include the sub_opcode, so we have to adjust for that below
 317         (*offset_ptr) += arg_size;
 318         break;
 319       }
 320     } else if (opcode < prologue->OpcodeBase) {
 321       switch (opcode) {
 322       // Standard Opcodes
 323       case DW_LNS_copy:
 324         // Takes no arguments. Append a row to the matrix using the
 325         // current values of the state-machine registers. Then set
 326         // the basic_block register to false.
 327         state.appendRowToMatrix(*offset_ptr);
 328         break;
 329
 330       case DW_LNS_advance_pc:
 331         // Takes a single unsigned LEB128 operand, multiplies it by the
 332         // min_inst_length field of the prologue, and adds the
 333         // result to the address register of the state machine.
 334         state.Address += debug_line_data.getULEB128(offset_ptr) *
 335                          prologue->MinInstLength;
 336         break;
 337
 338       case DW_LNS_advance_line:
 339         // Takes a single signed LEB128 operand and adds that value to
 340         // the line register of the state machine.
 341         state.Line += debug_line_data.getSLEB128(offset_ptr);
 342         break;
 343
 344       case DW_LNS_set_file:
 345         // Takes a single unsigned LEB128 operand and stores it in the file
 346         // register of the state machine.
 347         state.File = debug_line_data.getULEB128(offset_ptr);
 348         break;
 349
 350       case DW_LNS_set_column:
 351         // Takes a single unsigned LEB128 operand and stores it in the
 352         // column register of the state machine.
 353         state.Column = debug_line_data.getULEB128(offset_ptr);
 354         break;
 355
 356       case DW_LNS_negate_stmt:
 357         // Takes no arguments. Set the is_stmt register of the state
 358         // machine to the logical negation of its current value.
 359         state.IsStmt = !state.IsStmt;
 360         break;
 361
 362       case DW_LNS_set_basic_block:
 363         // Takes no arguments. Set the basic_block register of the
 364         // state machine to true
 365         state.BasicBlock = true;
 366         break;
 367
 368       case DW_LNS_const_add_pc:
 369         // Takes no arguments. Add to the address register of the state
 370         // machine the address increment value corresponding to special
 371         // opcode 255. The motivation for DW_LNS_const_add_pc is this:
 372         // when the statement program needs to advance the address by a
 373         // small amount, it can use a single special opcode, which occupies
 374         // a single byte. When it needs to advance the address by up to
 375         // twice the range of the last special opcode, it can use
 376         // DW_LNS_const_add_pc followed by a special opcode, for a total
 377         // of two bytes. Only if it needs to advance the address by more
 378         // than twice that range will it need to use both DW_LNS_advance_pc
 379         // and a special opcode, requiring three or more bytes.
 380         {
 381           uint8_t adjust_opcode = 255 - prologue->OpcodeBase;
 382           uint64_t addr_offset = (adjust_opcode / prologue->LineRange) *
 383                                  prologue->MinInstLength;
 384           state.Address += addr_offset;
 385         }
 386         break;
 387
 388       case DW_LNS_fixed_advance_pc:
 389         // Takes a single uhalf operand. Add to the address register of
 390         // the state machine the value of the (unencoded) operand. This
 391         // is the only extended opcode that takes an argument that is not
 392         // a variable length number. The motivation for DW_LNS_fixed_advance_pc
 393         // is this: existing assemblers cannot emit DW_LNS_advance_pc or
 394         // special opcodes because they cannot encode LEB128 numbers or
 395         // judge when the computation of a special opcode overflows and
 396         // requires the use of DW_LNS_advance_pc. Such assemblers, however,
 397         // can use DW_LNS_fixed_advance_pc instead, sacrificing compression.
 398         state.Address += debug_line_data.getU16(offset_ptr);
 399         break;
 400
 401       case DW_LNS_set_prologue_end:
 402         // Takes no arguments. Set the prologue_end register of the
 403         // state machine to true
 404         state.PrologueEnd = true;
 405         break;
 406
 407       case DW_LNS_set_epilogue_begin:
 408         // Takes no arguments. Set the basic_block register of the
 409         // state machine to true
 410         state.EpilogueBegin = true;
 411         break;
 412
 413       case DW_LNS_set_isa:
 414         // Takes a single unsigned LEB128 operand and stores it in the
 415         // column register of the state machine.
 416         state.Isa = debug_line_data.getULEB128(offset_ptr);
 417         break;
 418
 419       default:
 420         // Handle any unknown standard opcodes here. We know the lengths
 421         // of such opcodes because they are specified in the prologue
 422         // as a multiple of LEB128 operands for each opcode.
 423         {
 424           assert(opcode - 1U < prologue->StandardOpcodeLengths.size());
 425           uint8_t opcode_length = prologue->StandardOpcodeLengths[opcode - 1];
 426           for (uint8_t i=0; i<opcode_length; ++i)
 427             debug_line_data.getULEB128(offset_ptr);
 428         }
 429         break;
 430       }
 431     } else {
 432       // Special Opcodes
 433
 434       // A special opcode value is chosen based on the amount that needs
 435       // to be added to the line and address registers. The maximum line
 436       // increment for a special opcode is the value of the line_base
 437       // field in the header, plus the value of the line_range field,
 438       // minus 1 (line base + line range - 1). If the desired line
 439       // increment is greater than the maximum line increment, a standard
 440       // opcode must be used instead of a special opcode. The "address
 441       // advance" is calculated by dividing the desired address increment
 442       // by the minimum_instruction_length field from the header. The
 443       // special opcode is then calculated using the following formula:
 444       //
 445       //  opcode = (desired line increment - line_base) +
 446       //           (line_range * address advance) + opcode_base
 447       //
 448       // If the resulting opcode is greater than 255, a standard opcode
 449       // must be used instead.
 450       //
 451       // To decode a special opcode, subtract the opcode_base from the
 452       // opcode itself to give the adjusted opcode. The amount to
 453       // increment the address register is the result of the adjusted
 454       // opcode divided by the line_range multiplied by the
 455       // minimum_instruction_length field from the header. That is:
 456       //
 457       //  address increment = (adjusted opcode / line_range) *
 458       //                      minimum_instruction_length
 459       //
 460       // The amount to increment the line register is the line_base plus
 461       // the result of the adjusted opcode modulo the line_range. That is:
 462       //
 463       // line increment = line_base + (adjusted opcode % line_range)
 464
 465       uint8_t adjust_opcode = opcode - prologue->OpcodeBase;
 466       uint64_t addr_offset = (adjust_opcode / prologue->LineRange) *
 467                              prologue->MinInstLength;
 468       int32_t line_offset = prologue->LineBase +
 469                             (adjust_opcode % prologue->LineRange);
 470       state.Line += line_offset;
 471       state.Address += addr_offset;
 472       state.appendRowToMatrix(*offset_ptr);
 473     }
 474   }
 475
 476   state.finalize();
 477
 478   return end_offset;
 479 }
 480
 481 uint32_t
 482 DWARFDebugLine::LineTable::lookupAddress(uint64_t address) const {
 483   uint32_t unknown_index = UINT32_MAX;
 484   if (Sequences.empty())
 485     return unknown_index;
 486   // First, find an instruction sequence containing the given address.
 487   DWARFDebugLine::Sequence sequence;
 488   sequence.LowPC = address;
 489   SequenceIter first_seq = Sequences.begin();
 490   SequenceIter last_seq = Sequences.end();
 491   SequenceIter seq_pos = std::lower_bound(first_seq, last_seq, sequence,
 492       DWARFDebugLine::Sequence::orderByLowPC);
 493   DWARFDebugLine::Sequence found_seq;
 494   if (seq_pos == last_seq) {
 495     found_seq = Sequences.back();
 496   } else if (seq_pos->LowPC == address) {
 497     found_seq = *seq_pos;
 498   } else {
 499     if (seq_pos == first_seq)
 500       return unknown_index;
 501     found_seq = *(seq_pos - 1);
 502   }
 503   if (!found_seq.containsPC(address))
 504     return unknown_index;
 505   // Search for instruction address in the rows describing the sequence.
 506   // Rows are stored in a vector, so we may use arithmetical operations with
 507   // iterators.
 508   DWARFDebugLine::Row row;
 509   row.Address = address;
 510   RowIter first_row = Rows.begin() + found_seq.FirstRowIndex;
 511   RowIter last_row = Rows.begin() + found_seq.LastRowIndex;
 512   RowIter row_pos = std::lower_bound(first_row, last_row, row,
 513       DWARFDebugLine::Row::orderByAddress);
 514   if (row_pos == last_row) {
 515     return found_seq.LastRowIndex - 1;
 516   }
 517   uint32_t index = found_seq.FirstRowIndex + (row_pos - first_row);
 518   if (row_pos->Address > address) {
 519     if (row_pos == first_row)
 520       return unknown_index;
 521     else
 522       index--;
 523   }
 524   return index;
 525 }
 526
 527 bool
 528 DWARFDebugLine::LineTable::getFileNameByIndex(uint64_t FileIndex,
 529                                               bool NeedsAbsoluteFilePath,
 530                                               std::string &Result) const {
 531   if (FileIndex == 0 || FileIndex > Prologue.FileNames.size())
 532     return false;
 533   const FileNameEntry &Entry = Prologue.FileNames[FileIndex - 1];
 534   const char *FileName = Entry.Name;
 535   if (!NeedsAbsoluteFilePath ||
 536       sys::path::is_absolute(FileName)) {
 537     Result = FileName;
 538     return true;
 539   }
 540   SmallString<16> FilePath;
 541   uint64_t IncludeDirIndex = Entry.DirIdx;
 542   // Be defensive about the contents of Entry.
 543   if (IncludeDirIndex > 0 &&
 544       IncludeDirIndex <= Prologue.IncludeDirectories.size()) {
 545     const char *IncludeDir = Prologue.IncludeDirectories[IncludeDirIndex - 1];
 546     sys::path::append(FilePath, IncludeDir);
 547   }
 548   sys::path::append(FilePath, FileName);
 549   Result = FilePath.str();
 550   return true;
 551 }