Push LLVMContexts through the IntegerType APIs.
[oota-llvm.git] / lib / ExecutionEngine / Interpreter / ExternalFunctions.cpp
1 //===-- ExternalFunctions.cpp - Implement External Functions --------------===//
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 contains both code to deal with invoking "external" functions, but
11 //  also contains code that implements "exported" external functions.
12 //
13 //  There are currently two mechanisms for handling external functions in the
14 //  Interpreter.  The first is to implement lle_* wrapper functions that are
15 //  specific to well-known library functions which manually translate the
16 //  arguments from GenericValues and make the call.  If such a wrapper does
17 //  not exist, and libffi is available, then the Interpreter will attempt to
18 //  invoke the function using libffi, after finding its address.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #include "Interpreter.h"
23 #include "llvm/DerivedTypes.h"
24 #include "llvm/Module.h"
25 #include "llvm/Config/config.h"     // Detect libffi
26 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
27 #include "llvm/Support/Streams.h"
28 #include "llvm/System/DynamicLibrary.h"
29 #include "llvm/Target/TargetData.h"
30 #include "llvm/Support/ManagedStatic.h"
31 #include "llvm/System/Mutex.h"
32 #include <csignal>
33 #include <cstdio>
34 #include <map>
35 #include <cmath>
36 #include <cstring>
37
38 #ifdef HAVE_FFI_CALL
39 #ifdef HAVE_FFI_H
40 #include <ffi.h>
41 #define USE_LIBFFI
42 #elif HAVE_FFI_FFI_H
43 #include <ffi/ffi.h>
44 #define USE_LIBFFI
45 #endif
46 #endif
47
48 using namespace llvm;
49
50 static ManagedStatic<sys::Mutex> FunctionsLock;
51
52 typedef GenericValue (*ExFunc)(const FunctionType *,
53                                const std::vector<GenericValue> &);
54 static ManagedStatic<std::map<const Function *, ExFunc> > ExportedFunctions;
55 static std::map<std::string, ExFunc> FuncNames;
56
57 #ifdef USE_LIBFFI
58 typedef void (*RawFunc)();
59 static ManagedStatic<std::map<const Function *, RawFunc> > RawFunctions;
60 #endif
61
62 static Interpreter *TheInterpreter;
63
64 static char getTypeID(const Type *Ty) {
65   switch (Ty->getTypeID()) {
66   case Type::VoidTyID:    return 'V';
67   case Type::IntegerTyID:
68     switch (cast<IntegerType>(Ty)->getBitWidth()) {
69       case 1:  return 'o';
70       case 8:  return 'B';
71       case 16: return 'S';
72       case 32: return 'I';
73       case 64: return 'L';
74       default: return 'N';
75     }
76   case Type::FloatTyID:   return 'F';
77   case Type::DoubleTyID:  return 'D';
78   case Type::PointerTyID: return 'P';
79   case Type::FunctionTyID:return 'M';
80   case Type::StructTyID:  return 'T';
81   case Type::ArrayTyID:   return 'A';
82   case Type::OpaqueTyID:  return 'O';
83   default: return 'U';
84   }
85 }
86
87 // Try to find address of external function given a Function object.
88 // Please note, that interpreter doesn't know how to assemble a
89 // real call in general case (this is JIT job), that's why it assumes,
90 // that all external functions has the same (and pretty "general") signature.
91 // The typical example of such functions are "lle_X_" ones.
92 static ExFunc lookupFunction(const Function *F) {
93   // Function not found, look it up... start by figuring out what the
94   // composite function name should be.
95   std::string ExtName = "lle_";
96   const FunctionType *FT = F->getFunctionType();
97   for (unsigned i = 0, e = FT->getNumContainedTypes(); i != e; ++i)
98     ExtName += getTypeID(FT->getContainedType(i));
99   ExtName + "_" + F->getNameStr();
100
101   sys::ScopedLock Writer(*FunctionsLock);
102   ExFunc FnPtr = FuncNames[ExtName];
103   if (FnPtr == 0)
104     FnPtr = FuncNames["lle_X_" + F->getNameStr()];
105   if (FnPtr == 0)  // Try calling a generic function... if it exists...
106     FnPtr = (ExFunc)(intptr_t)
107       sys::DynamicLibrary::SearchForAddressOfSymbol("lle_X_"+F->getNameStr());
108   if (FnPtr != 0)
109     ExportedFunctions->insert(std::make_pair(F, FnPtr));  // Cache for later
110   return FnPtr;
111 }
112
113 #ifdef USE_LIBFFI
114 static ffi_type *ffiTypeFor(const Type *Ty) {
115   switch (Ty->getTypeID()) {
116     case Type::VoidTyID: return &ffi_type_void;
117     case Type::IntegerTyID:
118       switch (cast<IntegerType>(Ty)->getBitWidth()) {
119         case 8:  return &ffi_type_sint8;
120         case 16: return &ffi_type_sint16;
121         case 32: return &ffi_type_sint32;
122         case 64: return &ffi_type_sint64;
123       }
124     case Type::FloatTyID:   return &ffi_type_float;
125     case Type::DoubleTyID:  return &ffi_type_double;
126     case Type::PointerTyID: return &ffi_type_pointer;
127     default: break;
128   }
129   // TODO: Support other types such as StructTyID, ArrayTyID, OpaqueTyID, etc.
130   llvm_report_error("Type could not be mapped for use with libffi.");
131   return NULL;
132 }
133
134 static void *ffiValueFor(const Type *Ty, const GenericValue &AV,
135                          void *ArgDataPtr) {
136   switch (Ty->getTypeID()) {
137     case Type::IntegerTyID:
138       switch (cast<IntegerType>(Ty)->getBitWidth()) {
139         case 8: {
140           int8_t *I8Ptr = (int8_t *) ArgDataPtr;
141           *I8Ptr = (int8_t) AV.IntVal.getZExtValue();
142           return ArgDataPtr;
143         }
144         case 16: {
145           int16_t *I16Ptr = (int16_t *) ArgDataPtr;
146           *I16Ptr = (int16_t) AV.IntVal.getZExtValue();
147           return ArgDataPtr;
148         }
149         case 32: {
150           int32_t *I32Ptr = (int32_t *) ArgDataPtr;
151           *I32Ptr = (int32_t) AV.IntVal.getZExtValue();
152           return ArgDataPtr;
153         }
154         case 64: {
155           int64_t *I64Ptr = (int64_t *) ArgDataPtr;
156           *I64Ptr = (int64_t) AV.IntVal.getZExtValue();
157           return ArgDataPtr;
158         }
159       }
160     case Type::FloatTyID: {
161       float *FloatPtr = (float *) ArgDataPtr;
162       *FloatPtr = AV.DoubleVal;
163       return ArgDataPtr;
164     }
165     case Type::DoubleTyID: {
166       double *DoublePtr = (double *) ArgDataPtr;
167       *DoublePtr = AV.DoubleVal;
168       return ArgDataPtr;
169     }
170     case Type::PointerTyID: {
171       void **PtrPtr = (void **) ArgDataPtr;
172       *PtrPtr = GVTOP(AV);
173       return ArgDataPtr;
174     }
175     default: break;
176   }
177   // TODO: Support other types such as StructTyID, ArrayTyID, OpaqueTyID, etc.
178   llvm_report_error("Type value could not be mapped for use with libffi.");
179   return NULL;
180 }
181
182 static bool ffiInvoke(RawFunc Fn, Function *F,
183                       const std::vector<GenericValue> &ArgVals,
184                       const TargetData *TD, GenericValue &Result) {
185   ffi_cif cif;
186   const FunctionType *FTy = F->getFunctionType();
187   const unsigned NumArgs = F->arg_size();
188
189   // TODO: We don't have type information about the remaining arguments, because
190   // this information is never passed into ExecutionEngine::runFunction().
191   if (ArgVals.size() > NumArgs && F->isVarArg()) {
192     llvm_report_error("Calling external var arg function '" + F->getName()
193                       + "' is not supported by the Interpreter.");
194   }
195
196   unsigned ArgBytes = 0;
197
198   std::vector<ffi_type*> args(NumArgs);
199   for (Function::const_arg_iterator A = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
200        A != E; ++A) {
201     const unsigned ArgNo = A->getArgNo();
202     const Type *ArgTy = FTy->getParamType(ArgNo);
203     args[ArgNo] = ffiTypeFor(ArgTy);
204     ArgBytes += TD->getTypeStoreSize(ArgTy);
205   }
206
207   uint8_t *ArgData = (uint8_t*) alloca(ArgBytes);
208   uint8_t *ArgDataPtr = ArgData;
209   std::vector<void*> values(NumArgs);
210   for (Function::const_arg_iterator A = F->arg_begin(), E = F->arg_end();
211        A != E; ++A) {
212     const unsigned ArgNo = A->getArgNo();
213     const Type *ArgTy = FTy->getParamType(ArgNo);
214     values[ArgNo] = ffiValueFor(ArgTy, ArgVals[ArgNo], ArgDataPtr);
215     ArgDataPtr += TD->getTypeStoreSize(ArgTy);
216   }
217
218   const Type *RetTy = FTy->getReturnType();
219   ffi_type *rtype = ffiTypeFor(RetTy);
220
221   if (ffi_prep_cif(&cif, FFI_DEFAULT_ABI, NumArgs, rtype, &args[0]) == FFI_OK) {
222     void *ret = NULL;
223     if (RetTy->getTypeID() != Type::VoidTyID)
224       ret = alloca(TD->getTypeStoreSize(RetTy));
225     ffi_call(&cif, Fn, ret, &values[0]);
226     switch (RetTy->getTypeID()) {
227       case Type::IntegerTyID:
228         switch (cast<IntegerType>(RetTy)->getBitWidth()) {
229           case 8:  Result.IntVal = APInt(8 , *(int8_t *) ret); break;
230           case 16: Result.IntVal = APInt(16, *(int16_t*) ret); break;
231           case 32: Result.IntVal = APInt(32, *(int32_t*) ret); break;
232           case 64: Result.IntVal = APInt(64, *(int64_t*) ret); break;
233         }
234         break;
235       case Type::FloatTyID:   Result.FloatVal   = *(float *) ret; break;
236       case Type::DoubleTyID:  Result.DoubleVal  = *(double*) ret; break;
237       case Type::PointerTyID: Result.PointerVal = *(void **) ret; break;
238       default: break;
239     }
240     return true;
241   }
242
243   return false;
244 }
245 #endif // USE_LIBFFI
246
247 GenericValue Interpreter::callExternalFunction(Function *F,
248                                      const std::vector<GenericValue> &ArgVals) {
249   TheInterpreter = this;
250
251   FunctionsLock->acquire();
252
253   // Do a lookup to see if the function is in our cache... this should just be a
254   // deferred annotation!
255   std::map<const Function *, ExFunc>::iterator FI = ExportedFunctions->find(F);
256   if (ExFunc Fn = (FI == ExportedFunctions->end()) ? lookupFunction(F)
257                                                    : FI->second) {
258     FunctionsLock->release();
259     return Fn(F->getFunctionType(), ArgVals);
260   }
261
262 #ifdef USE_LIBFFI
263   std::map<const Function *, RawFunc>::iterator RF = RawFunctions->find(F);
264   RawFunc RawFn;
265   if (RF == RawFunctions->end()) {
266     RawFn = (RawFunc)(intptr_t)
267       sys::DynamicLibrary::SearchForAddressOfSymbol(F->getName());
268     if (RawFn != 0)
269       RawFunctions->insert(std::make_pair(F, RawFn));  // Cache for later
270   } else {
271     RawFn = RF->second;
272   }
273   
274   FunctionsLock->release();
275
276   GenericValue Result;
277   if (RawFn != 0 && ffiInvoke(RawFn, F, ArgVals, getTargetData(), Result))
278     return Result;
279 #endif // USE_LIBFFI
280
281   if (F->getName() == "__main")
282     cerr << "Tried to execute an unknown external function: "
283       << F->getType()->getDescription() << " __main\n";
284   else
285     llvm_report_error("Tried to execute an unknown external function: " +
286                       F->getType()->getDescription() + " " +F->getName());
287   return GenericValue();
288 }
289
290
291 //===----------------------------------------------------------------------===//
292 //  Functions "exported" to the running application...
293 //
294
295 // Visual Studio warns about returning GenericValue in extern "C" linkage
296 #ifdef _MSC_VER
297     #pragma warning(disable : 4190)
298 #endif
299
300 extern "C" {  // Don't add C++ manglings to llvm mangling :)
301
302 // void atexit(Function*)
303 GenericValue lle_X_atexit(const FunctionType *FT,
304                           const std::vector<GenericValue> &Args) {
305   assert(Args.size() == 1);
306   TheInterpreter->addAtExitHandler((Function*)GVTOP(Args[0]));
307   GenericValue GV;
308   GV.IntVal = 0;
309   return GV;
310 }
311
312 // void exit(int)
313 GenericValue lle_X_exit(const FunctionType *FT,
314                         const std::vector<GenericValue> &Args) {
315   TheInterpreter->exitCalled(Args[0]);
316   return GenericValue();
317 }
318
319 // void abort(void)
320 GenericValue lle_X_abort(const FunctionType *FT,
321                          const std::vector<GenericValue> &Args) {
322   //FIXME: should we report or raise here?
323   //llvm_report_error("Interpreted program raised SIGABRT");
324   raise (SIGABRT);
325   return GenericValue();
326 }
327
328 // int sprintf(char *, const char *, ...) - a very rough implementation to make
329 // output useful.
330 GenericValue lle_X_sprintf(const FunctionType *FT,
331                            const std::vector<GenericValue> &Args) {
332   char *OutputBuffer = (char *)GVTOP(Args[0]);
333   const char *FmtStr = (const char *)GVTOP(Args[1]);
334   unsigned ArgNo = 2;
335
336   // printf should return # chars printed.  This is completely incorrect, but
337   // close enough for now.
338   GenericValue GV; 
339   GV.IntVal = APInt(32, strlen(FmtStr));
340   while (1) {
341     switch (*FmtStr) {
342     case 0: return GV;             // Null terminator...
343     default:                       // Normal nonspecial character
344       sprintf(OutputBuffer++, "%c", *FmtStr++);
345       break;
346     case '\\': {                   // Handle escape codes
347       sprintf(OutputBuffer, "%c%c", *FmtStr, *(FmtStr+1));
348       FmtStr += 2; OutputBuffer += 2;
349       break;
350     }
351     case '%': {                    // Handle format specifiers
352       char FmtBuf[100] = "", Buffer[1000] = "";
353       char *FB = FmtBuf;
354       *FB++ = *FmtStr++;
355       char Last = *FB++ = *FmtStr++;
356       unsigned HowLong = 0;
357       while (Last != 'c' && Last != 'd' && Last != 'i' && Last != 'u' &&
358              Last != 'o' && Last != 'x' && Last != 'X' && Last != 'e' &&
359              Last != 'E' && Last != 'g' && Last != 'G' && Last != 'f' &&
360              Last != 'p' && Last != 's' && Last != '%') {
361         if (Last == 'l' || Last == 'L') HowLong++;  // Keep track of l's
362         Last = *FB++ = *FmtStr++;
363       }
364       *FB = 0;
365
366       switch (Last) {
367       case '%':
368         strcpy(Buffer, "%"); break;
369       case 'c':
370         sprintf(Buffer, FmtBuf, uint32_t(Args[ArgNo++].IntVal.getZExtValue()));
371         break;
372       case 'd': case 'i':
373       case 'u': case 'o':
374       case 'x': case 'X':
375         if (HowLong >= 1) {
376           if (HowLong == 1 &&
377               TheInterpreter->getTargetData()->getPointerSizeInBits() == 64 &&
378               sizeof(long) < sizeof(int64_t)) {
379             // Make sure we use %lld with a 64 bit argument because we might be
380             // compiling LLI on a 32 bit compiler.
381             unsigned Size = strlen(FmtBuf);
382             FmtBuf[Size] = FmtBuf[Size-1];
383             FmtBuf[Size+1] = 0;
384             FmtBuf[Size-1] = 'l';
385           }
386           sprintf(Buffer, FmtBuf, Args[ArgNo++].IntVal.getZExtValue());
387         } else
388           sprintf(Buffer, FmtBuf,uint32_t(Args[ArgNo++].IntVal.getZExtValue()));
389         break;
390       case 'e': case 'E': case 'g': case 'G': case 'f':
391         sprintf(Buffer, FmtBuf, Args[ArgNo++].DoubleVal); break;
392       case 'p':
393         sprintf(Buffer, FmtBuf, (void*)GVTOP(Args[ArgNo++])); break;
394       case 's':
395         sprintf(Buffer, FmtBuf, (char*)GVTOP(Args[ArgNo++])); break;
396       default:  cerr << "<unknown printf code '" << *FmtStr << "'!>";
397         ArgNo++; break;
398       }
399       strcpy(OutputBuffer, Buffer);
400       OutputBuffer += strlen(Buffer);
401       }
402       break;
403     }
404   }
405   return GV;
406 }
407
408 // int printf(const char *, ...) - a very rough implementation to make output
409 // useful.
410 GenericValue lle_X_printf(const FunctionType *FT,
411                           const std::vector<GenericValue> &Args) {
412   char Buffer[10000];
413   std::vector<GenericValue> NewArgs;
414   NewArgs.push_back(PTOGV((void*)&Buffer[0]));
415   NewArgs.insert(NewArgs.end(), Args.begin(), Args.end());
416   GenericValue GV = lle_X_sprintf(FT, NewArgs);
417   cout << Buffer;
418   return GV;
419 }
420
421 static void ByteswapSCANFResults(LLVMContext &C,
422                                  const char *Fmt, void *Arg0, void *Arg1,
423                                  void *Arg2, void *Arg3, void *Arg4, void *Arg5,
424                                  void *Arg6, void *Arg7, void *Arg8) {
425   void *Args[] = { Arg0, Arg1, Arg2, Arg3, Arg4, Arg5, Arg6, Arg7, Arg8, 0 };
426
427   // Loop over the format string, munging read values as appropriate (performs
428   // byteswaps as necessary).
429   unsigned ArgNo = 0;
430   while (*Fmt) {
431     if (*Fmt++ == '%') {
432       // Read any flag characters that may be present...
433       bool Suppress = false;
434       bool Half = false;
435       bool Long = false;
436       bool LongLong = false;  // long long or long double
437
438       while (1) {
439         switch (*Fmt++) {
440         case '*': Suppress = true; break;
441         case 'a': /*Allocate = true;*/ break;  // We don't need to track this
442         case 'h': Half = true; break;
443         case 'l': Long = true; break;
444         case 'q':
445         case 'L': LongLong = true; break;
446         default:
447           if (Fmt[-1] > '9' || Fmt[-1] < '0')   // Ignore field width specs
448             goto Out;
449         }
450       }
451     Out:
452
453       // Read the conversion character
454       if (!Suppress && Fmt[-1] != '%') { // Nothing to do?
455         unsigned Size = 0;
456         const Type *Ty = 0;
457
458         switch (Fmt[-1]) {
459         case 'i': case 'o': case 'u': case 'x': case 'X': case 'n': case 'p':
460         case 'd':
461           if (Long || LongLong) {
462             Size = 8; Ty = Type::getInt64Ty(C);
463           } else if (Half) {
464             Size = 4; Ty = Type::getInt16Ty(C);
465           } else {
466             Size = 4; Ty = Type::getInt32Ty(C);
467           }
468           break;
469
470         case 'e': case 'g': case 'E':
471         case 'f':
472           if (Long || LongLong) {
473             Size = 8; Ty = Type::getDoubleTy(C);
474           } else {
475             Size = 4; Ty = Type::getFloatTy(C);
476           }
477           break;
478
479         case 's': case 'c': case '[':  // No byteswap needed
480           Size = 1;
481           Ty = Type::getInt8Ty(C);
482           break;
483
484         default: break;
485         }
486
487         if (Size) {
488           GenericValue GV;
489           void *Arg = Args[ArgNo++];
490           memcpy(&GV, Arg, Size);
491           TheInterpreter->StoreValueToMemory(GV, (GenericValue*)Arg, Ty);
492         }
493       }
494     }
495   }
496 }
497
498 // int sscanf(const char *format, ...);
499 GenericValue lle_X_sscanf(const FunctionType *FT,
500                           const std::vector<GenericValue> &args) {
501   assert(args.size() < 10 && "Only handle up to 10 args to sscanf right now!");
502
503   char *Args[10];
504   for (unsigned i = 0; i < args.size(); ++i)
505     Args[i] = (char*)GVTOP(args[i]);
506
507   GenericValue GV;
508   GV.IntVal = APInt(32, sscanf(Args[0], Args[1], Args[2], Args[3], Args[4],
509                         Args[5], Args[6], Args[7], Args[8], Args[9]));
510   ByteswapSCANFResults(FT->getContext(),
511                        Args[1], Args[2], Args[3], Args[4],
512                        Args[5], Args[6], Args[7], Args[8], Args[9], 0);
513   return GV;
514 }
515
516 // int scanf(const char *format, ...);
517 GenericValue lle_X_scanf(const FunctionType *FT,
518                          const std::vector<GenericValue> &args) {
519   assert(args.size() < 10 && "Only handle up to 10 args to scanf right now!");
520
521   char *Args[10];
522   for (unsigned i = 0; i < args.size(); ++i)
523     Args[i] = (char*)GVTOP(args[i]);
524
525   GenericValue GV;
526   GV.IntVal = APInt(32, scanf( Args[0], Args[1], Args[2], Args[3], Args[4],
527                         Args[5], Args[6], Args[7], Args[8], Args[9]));
528   ByteswapSCANFResults(FT->getContext(),
529                        Args[0], Args[1], Args[2], Args[3], Args[4],
530                        Args[5], Args[6], Args[7], Args[8], Args[9]);
531   return GV;
532 }
533
534 // int fprintf(FILE *, const char *, ...) - a very rough implementation to make
535 // output useful.
536 GenericValue lle_X_fprintf(const FunctionType *FT,
537                            const std::vector<GenericValue> &Args) {
538   assert(Args.size() >= 2);
539   char Buffer[10000];
540   std::vector<GenericValue> NewArgs;
541   NewArgs.push_back(PTOGV(Buffer));
542   NewArgs.insert(NewArgs.end(), Args.begin()+1, Args.end());
543   GenericValue GV = lle_X_sprintf(FT, NewArgs);
544
545   fputs(Buffer, (FILE *) GVTOP(Args[0]));
546   return GV;
547 }
548
549 } // End extern "C"
550
551 // Done with externals; turn the warning back on
552 #ifdef _MSC_VER
553     #pragma warning(default: 4190)
554 #endif
555
556
557 void Interpreter::initializeExternalFunctions() {
558   sys::ScopedLock Writer(*FunctionsLock);
559   FuncNames["lle_X_atexit"]       = lle_X_atexit;
560   FuncNames["lle_X_exit"]         = lle_X_exit;
561   FuncNames["lle_X_abort"]        = lle_X_abort;
562
563   FuncNames["lle_X_printf"]       = lle_X_printf;
564   FuncNames["lle_X_sprintf"]      = lle_X_sprintf;
565   FuncNames["lle_X_sscanf"]       = lle_X_sscanf;
566   FuncNames["lle_X_scanf"]        = lle_X_scanf;
567   FuncNames["lle_X_fprintf"]      = lle_X_fprintf;
568 }
569