Add support for subsections to the ELF assembler. Fixes PR8717.
[oota-llvm.git] / lib / MC / MCAssembler.cpp
1 //===- lib/MC/MCAssembler.cpp - Assembler Backend Implementation ----------===//
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 #define DEBUG_TYPE "assembler"
11 #include "llvm/MC/MCAssembler.h"
12 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
13 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
14 #include "llvm/ADT/Twine.h"
15 #include "llvm/MC/MCAsmBackend.h"
16 #include "llvm/MC/MCAsmLayout.h"
17 #include "llvm/MC/MCCodeEmitter.h"
18 #include "llvm/MC/MCContext.h"
19 #include "llvm/MC/MCDwarf.h"
20 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
21 #include "llvm/MC/MCFixupKindInfo.h"
22 #include "llvm/MC/MCObjectWriter.h"
23 #include "llvm/MC/MCSection.h"
24 #include "llvm/MC/MCSymbol.h"
25 #include "llvm/MC/MCValue.h"
26 #include "llvm/Support/Debug.h"
27 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
28 #include "llvm/Support/LEB128.h"
29 #include "llvm/Support/TargetRegistry.h"
30 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
31
32 using namespace llvm;
33
34 namespace {
35 namespace stats {
36 STATISTIC(EmittedFragments, "Number of emitted assembler fragments - total");
37 STATISTIC(EmittedRelaxableFragments,
38           "Number of emitted assembler fragments - relaxable");
39 STATISTIC(EmittedDataFragments,
40           "Number of emitted assembler fragments - data");
41 STATISTIC(EmittedCompactEncodedInstFragments,
42           "Number of emitted assembler fragments - compact encoded inst");
43 STATISTIC(EmittedAlignFragments,
44           "Number of emitted assembler fragments - align");
45 STATISTIC(EmittedFillFragments,
46           "Number of emitted assembler fragments - fill");
47 STATISTIC(EmittedOrgFragments,
48           "Number of emitted assembler fragments - org");
49 STATISTIC(evaluateFixup, "Number of evaluated fixups");
50 STATISTIC(FragmentLayouts, "Number of fragment layouts");
51 STATISTIC(ObjectBytes, "Number of emitted object file bytes");
52 STATISTIC(RelaxationSteps, "Number of assembler layout and relaxation steps");
53 STATISTIC(RelaxedInstructions, "Number of relaxed instructions");
54 }
55 }
56
57 // FIXME FIXME FIXME: There are number of places in this file where we convert
58 // what is a 64-bit assembler value used for computation into a value in the
59 // object file, which may truncate it. We should detect that truncation where
60 // invalid and report errors back.
61
62 /* *** */
63
64 MCAsmLayout::MCAsmLayout(MCAssembler &Asm)
65   : Assembler(Asm), LastValidFragment()
66  {
67   // Compute the section layout order. Virtual sections must go last.
68   for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(), ie = Asm.end(); it != ie; ++it)
69     if (!it->getSection().isVirtualSection())
70       SectionOrder.push_back(&*it);
71   for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(), ie = Asm.end(); it != ie; ++it)
72     if (it->getSection().isVirtualSection())
73       SectionOrder.push_back(&*it);
74 }
75
76 bool MCAsmLayout::isFragmentValid(const MCFragment *F) const {
77   const MCSectionData &SD = *F->getParent();
78   const MCFragment *LastValid = LastValidFragment.lookup(&SD);
79   if (!LastValid)
80     return false;
81   assert(LastValid->getParent() == F->getParent());
82   return F->getLayoutOrder() <= LastValid->getLayoutOrder();
83 }
84
85 void MCAsmLayout::invalidateFragmentsFrom(MCFragment *F) {
86   // If this fragment wasn't already valid, we don't need to do anything.
87   if (!isFragmentValid(F))
88     return;
89
90   // Otherwise, reset the last valid fragment to the previous fragment
91   // (if this is the first fragment, it will be NULL).
92   const MCSectionData &SD = *F->getParent();
93   LastValidFragment[&SD] = F->getPrevNode();
94 }
95
96 void MCAsmLayout::ensureValid(const MCFragment *F) const {
97   MCSectionData &SD = *F->getParent();
98
99   MCFragment *Cur = LastValidFragment[&SD];
100   if (!Cur)
101     Cur = &*SD.begin();
102   else
103     Cur = Cur->getNextNode();
104
105   // Advance the layout position until the fragment is valid.
106   while (!isFragmentValid(F)) {
107     assert(Cur && "Layout bookkeeping error");
108     const_cast<MCAsmLayout*>(this)->layoutFragment(Cur);
109     Cur = Cur->getNextNode();
110   }
111 }
112
113 uint64_t MCAsmLayout::getFragmentOffset(const MCFragment *F) const {
114   ensureValid(F);
115   assert(F->Offset != ~UINT64_C(0) && "Address not set!");
116   return F->Offset;
117 }
118
119 uint64_t MCAsmLayout::getSymbolOffset(const MCSymbolData *SD) const {
120   const MCSymbol &S = SD->getSymbol();
121
122   // If this is a variable, then recursively evaluate now.
123   if (S.isVariable()) {
124     MCValue Target;
125     if (!S.getVariableValue()->EvaluateAsRelocatable(Target, *this))
126       report_fatal_error("unable to evaluate offset for variable '" +
127                          S.getName() + "'");
128
129     // Verify that any used symbols are defined.
130     if (Target.getSymA() && Target.getSymA()->getSymbol().isUndefined())
131       report_fatal_error("unable to evaluate offset to undefined symbol '" +
132                          Target.getSymA()->getSymbol().getName() + "'");
133     if (Target.getSymB() && Target.getSymB()->getSymbol().isUndefined())
134       report_fatal_error("unable to evaluate offset to undefined symbol '" +
135                          Target.getSymB()->getSymbol().getName() + "'");
136
137     uint64_t Offset = Target.getConstant();
138     if (Target.getSymA())
139       Offset += getSymbolOffset(&Assembler.getSymbolData(
140                                   Target.getSymA()->getSymbol()));
141     if (Target.getSymB())
142       Offset -= getSymbolOffset(&Assembler.getSymbolData(
143                                   Target.getSymB()->getSymbol()));
144     return Offset;
145   }
146
147   assert(SD->getFragment() && "Invalid getOffset() on undefined symbol!");
148   return getFragmentOffset(SD->getFragment()) + SD->getOffset();
149 }
150
151 uint64_t MCAsmLayout::getSectionAddressSize(const MCSectionData *SD) const {
152   // The size is the last fragment's end offset.
153   const MCFragment &F = SD->getFragmentList().back();
154   return getFragmentOffset(&F) + getAssembler().computeFragmentSize(*this, F);
155 }
156
157 uint64_t MCAsmLayout::getSectionFileSize(const MCSectionData *SD) const {
158   // Virtual sections have no file size.
159   if (SD->getSection().isVirtualSection())
160     return 0;
161
162   // Otherwise, the file size is the same as the address space size.
163   return getSectionAddressSize(SD);
164 }
165
166 uint64_t MCAsmLayout::computeBundlePadding(const MCFragment *F,
167                                            uint64_t FOffset, uint64_t FSize) {
168   uint64_t BundleSize = Assembler.getBundleAlignSize();
169   assert(BundleSize > 0 &&
170          "computeBundlePadding should only be called if bundling is enabled");
171   uint64_t BundleMask = BundleSize - 1;
172   uint64_t OffsetInBundle = FOffset & BundleMask;
173   uint64_t EndOfFragment = OffsetInBundle + FSize;
174
175   // There are two kinds of bundling restrictions:
176   //
177   // 1) For alignToBundleEnd(), add padding to ensure that the fragment will
178   //    *end* on a bundle boundary.
179   // 2) Otherwise, check if the fragment would cross a bundle boundary. If it
180   //    would, add padding until the end of the bundle so that the fragment
181   //    will start in a new one.
182   if (F->alignToBundleEnd()) {
183     // Three possibilities here:
184     //
185     // A) The fragment just happens to end at a bundle boundary, so we're good.
186     // B) The fragment ends before the current bundle boundary: pad it just
187     //    enough to reach the boundary.
188     // C) The fragment ends after the current bundle boundary: pad it until it
189     //    reaches the end of the next bundle boundary.
190     //
191     // Note: this code could be made shorter with some modulo trickery, but it's
192     // intentionally kept in its more explicit form for simplicity.
193     if (EndOfFragment == BundleSize)
194       return 0;
195     else if (EndOfFragment < BundleSize)
196       return BundleSize - EndOfFragment;
197     else { // EndOfFragment > BundleSize
198       return 2 * BundleSize - EndOfFragment;
199     }
200   } else if (EndOfFragment > BundleSize)
201     return BundleSize - OffsetInBundle;
202   else
203     return 0;
204 }
205
206 /* *** */
207
208 MCFragment::MCFragment() : Kind(FragmentType(~0)) {
209 }
210
211 MCFragment::~MCFragment() {
212 }
213
214 MCFragment::MCFragment(FragmentType _Kind, MCSectionData *_Parent)
215   : Kind(_Kind), Parent(_Parent), Atom(0), Offset(~UINT64_C(0))
216 {
217   if (Parent)
218     Parent->getFragmentList().push_back(this);
219 }
220
221 /* *** */
222
223 MCEncodedFragment::~MCEncodedFragment() {
224 }
225
226 /* *** */
227
228 MCEncodedFragmentWithFixups::~MCEncodedFragmentWithFixups() {
229 }
230
231 /* *** */
232
233 MCSectionData::MCSectionData() : Section(0) {}
234
235 MCSectionData::MCSectionData(const MCSection &_Section, MCAssembler *A)
236   : Section(&_Section),
237     Ordinal(~UINT32_C(0)),
238     Alignment(1),
239     BundleLockState(NotBundleLocked), BundleGroupBeforeFirstInst(false),
240     HasInstructions(false)
241 {
242   if (A)
243     A->getSectionList().push_back(this);
244 }
245
246 MCSectionData::iterator
247 MCSectionData::getSubsectionInsertionPoint(unsigned Subsection) {
248   if (Subsection == 0 && SubsectionFragmentMap.empty())
249     return end();
250
251   SmallVectorImpl<std::pair<unsigned, MCFragment *> >::iterator MI =
252     std::lower_bound(SubsectionFragmentMap.begin(), SubsectionFragmentMap.end(),
253                      std::make_pair(Subsection, (MCFragment *)0));
254   bool ExactMatch = false;
255   if (MI != SubsectionFragmentMap.end()) {
256     ExactMatch = MI->first == Subsection;
257     if (ExactMatch)
258       ++MI;
259   }
260   iterator IP;
261   if (MI == SubsectionFragmentMap.end())
262     IP = end();
263   else
264     IP = MI->second;
265   if (!ExactMatch && Subsection != 0) {
266     // The GNU as documentation claims that subsections have an alignment of 4,
267     // although this appears not to be the case.
268     MCFragment *F = new MCDataFragment();
269     SubsectionFragmentMap.insert(MI, std::make_pair(Subsection, F));
270     getFragmentList().insert(IP, F);
271     F->setParent(this);
272   }
273   return IP;
274 }
275
276 /* *** */
277
278 MCSymbolData::MCSymbolData() : Symbol(0) {}
279
280 MCSymbolData::MCSymbolData(const MCSymbol &_Symbol, MCFragment *_Fragment,
281                            uint64_t _Offset, MCAssembler *A)
282   : Symbol(&_Symbol), Fragment(_Fragment), Offset(_Offset),
283     IsExternal(false), IsPrivateExtern(false),
284     CommonSize(0), SymbolSize(0), CommonAlign(0),
285     Flags(0), Index(0)
286 {
287   if (A)
288     A->getSymbolList().push_back(this);
289 }
290
291 /* *** */
292
293 MCAssembler::MCAssembler(MCContext &Context_, MCAsmBackend &Backend_,
294                          MCCodeEmitter &Emitter_, MCObjectWriter &Writer_,
295                          raw_ostream &OS_)
296   : Context(Context_), Backend(Backend_), Emitter(Emitter_), Writer(Writer_),
297     OS(OS_), BundleAlignSize(0), RelaxAll(false), NoExecStack(false),
298     SubsectionsViaSymbols(false), ELFHeaderEFlags(0) {
299 }
300
301 MCAssembler::~MCAssembler() {
302 }
303
304 void MCAssembler::reset() {
305   Sections.clear();
306   Symbols.clear();
307   SectionMap.clear();
308   SymbolMap.clear();
309   IndirectSymbols.clear();
310   DataRegions.clear();
311   ThumbFuncs.clear();
312   RelaxAll = false;
313   NoExecStack = false;
314   SubsectionsViaSymbols = false;
315   ELFHeaderEFlags = 0;
316
317   // reset objects owned by us
318   getBackend().reset();
319   getEmitter().reset();
320   getWriter().reset();
321 }
322
323 bool MCAssembler::isSymbolLinkerVisible(const MCSymbol &Symbol) const {
324   // Non-temporary labels should always be visible to the linker.
325   if (!Symbol.isTemporary())
326     return true;
327
328   // Absolute temporary labels are never visible.
329   if (!Symbol.isInSection())
330     return false;
331
332   // Otherwise, check if the section requires symbols even for temporary labels.
333   return getBackend().doesSectionRequireSymbols(Symbol.getSection());
334 }
335
336 const MCSymbolData *MCAssembler::getAtom(const MCSymbolData *SD) const {
337   // Linker visible symbols define atoms.
338   if (isSymbolLinkerVisible(SD->getSymbol()))
339     return SD;
340
341   // Absolute and undefined symbols have no defining atom.
342   if (!SD->getFragment())
343     return 0;
344
345   // Non-linker visible symbols in sections which can't be atomized have no
346   // defining atom.
347   if (!getBackend().isSectionAtomizable(
348         SD->getFragment()->getParent()->getSection()))
349     return 0;
350
351   // Otherwise, return the atom for the containing fragment.
352   return SD->getFragment()->getAtom();
353 }
354
355 bool MCAssembler::evaluateFixup(const MCAsmLayout &Layout,
356                                 const MCFixup &Fixup, const MCFragment *DF,
357                                 MCValue &Target, uint64_t &Value) const {
358   ++stats::evaluateFixup;
359
360   if (!Fixup.getValue()->EvaluateAsRelocatable(Target, Layout))
361     getContext().FatalError(Fixup.getLoc(), "expected relocatable expression");
362
363   bool IsPCRel = Backend.getFixupKindInfo(
364     Fixup.getKind()).Flags & MCFixupKindInfo::FKF_IsPCRel;
365
366   bool IsResolved;
367   if (IsPCRel) {
368     if (Target.getSymB()) {
369       IsResolved = false;
370     } else if (!Target.getSymA()) {
371       IsResolved = false;
372     } else {
373       const MCSymbolRefExpr *A = Target.getSymA();
374       const MCSymbol &SA = A->getSymbol();
375       if (A->getKind() != MCSymbolRefExpr::VK_None ||
376           SA.AliasedSymbol().isUndefined()) {
377         IsResolved = false;
378       } else {
379         const MCSymbolData &DataA = getSymbolData(SA);
380         IsResolved =
381           getWriter().IsSymbolRefDifferenceFullyResolvedImpl(*this, DataA,
382                                                              *DF, false, true);
383       }
384     }
385   } else {
386     IsResolved = Target.isAbsolute();
387   }
388
389   Value = Target.getConstant();
390
391   if (const MCSymbolRefExpr *A = Target.getSymA()) {
392     const MCSymbol &Sym = A->getSymbol().AliasedSymbol();
393     if (Sym.isDefined())
394       Value += Layout.getSymbolOffset(&getSymbolData(Sym));
395   }
396   if (const MCSymbolRefExpr *B = Target.getSymB()) {
397     const MCSymbol &Sym = B->getSymbol().AliasedSymbol();
398     if (Sym.isDefined())
399       Value -= Layout.getSymbolOffset(&getSymbolData(Sym));
400   }
401
402
403   bool ShouldAlignPC = Backend.getFixupKindInfo(Fixup.getKind()).Flags &
404                          MCFixupKindInfo::FKF_IsAlignedDownTo32Bits;
405   assert((ShouldAlignPC ? IsPCRel : true) &&
406     "FKF_IsAlignedDownTo32Bits is only allowed on PC-relative fixups!");
407
408   if (IsPCRel) {
409     uint32_t Offset = Layout.getFragmentOffset(DF) + Fixup.getOffset();
410
411     // A number of ARM fixups in Thumb mode require that the effective PC
412     // address be determined as the 32-bit aligned version of the actual offset.
413     if (ShouldAlignPC) Offset &= ~0x3;
414     Value -= Offset;
415   }
416
417   // Let the backend adjust the fixup value if necessary, including whether
418   // we need a relocation.
419   Backend.processFixupValue(*this, Layout, Fixup, DF, Target, Value,
420                             IsResolved);
421
422   return IsResolved;
423 }
424
425 uint64_t MCAssembler::computeFragmentSize(const MCAsmLayout &Layout,
426                                           const MCFragment &F) const {
427   switch (F.getKind()) {
428   case MCFragment::FT_Data:
429   case MCFragment::FT_Relaxable:
430   case MCFragment::FT_CompactEncodedInst:
431     return cast<MCEncodedFragment>(F).getContents().size();
432   case MCFragment::FT_Fill:
433     return cast<MCFillFragment>(F).getSize();
434
435   case MCFragment::FT_LEB:
436     return cast<MCLEBFragment>(F).getContents().size();
437
438   case MCFragment::FT_Align: {
439     const MCAlignFragment &AF = cast<MCAlignFragment>(F);
440     unsigned Offset = Layout.getFragmentOffset(&AF);
441     unsigned Size = OffsetToAlignment(Offset, AF.getAlignment());
442     // If we are padding with nops, force the padding to be larger than the
443     // minimum nop size.
444     if (Size > 0 && AF.hasEmitNops()) {
445       while (Size % getBackend().getMinimumNopSize())
446         Size += AF.getAlignment();
447     }
448     if (Size > AF.getMaxBytesToEmit())
449       return 0;
450     return Size;
451   }
452
453   case MCFragment::FT_Org: {
454     const MCOrgFragment &OF = cast<MCOrgFragment>(F);
455     int64_t TargetLocation;
456     if (!OF.getOffset().EvaluateAsAbsolute(TargetLocation, Layout))
457       report_fatal_error("expected assembly-time absolute expression");
458
459     // FIXME: We need a way to communicate this error.
460     uint64_t FragmentOffset = Layout.getFragmentOffset(&OF);
461     int64_t Size = TargetLocation - FragmentOffset;
462     if (Size < 0 || Size >= 0x40000000)
463       report_fatal_error("invalid .org offset '" + Twine(TargetLocation) +
464                          "' (at offset '" + Twine(FragmentOffset) + "')");
465     return Size;
466   }
467
468   case MCFragment::FT_Dwarf:
469     return cast<MCDwarfLineAddrFragment>(F).getContents().size();
470   case MCFragment::FT_DwarfFrame:
471     return cast<MCDwarfCallFrameFragment>(F).getContents().size();
472   }
473
474   llvm_unreachable("invalid fragment kind");
475 }
476
477 void MCAsmLayout::layoutFragment(MCFragment *F) {
478   MCFragment *Prev = F->getPrevNode();
479
480   // We should never try to recompute something which is valid.
481   assert(!isFragmentValid(F) && "Attempt to recompute a valid fragment!");
482   // We should never try to compute the fragment layout if its predecessor
483   // isn't valid.
484   assert((!Prev || isFragmentValid(Prev)) &&
485          "Attempt to compute fragment before its predecessor!");
486
487   ++stats::FragmentLayouts;
488
489   // Compute fragment offset and size.
490   if (Prev)
491     F->Offset = Prev->Offset + getAssembler().computeFragmentSize(*this, *Prev);
492   else
493     F->Offset = 0;
494   LastValidFragment[F->getParent()] = F;
495
496   // If bundling is enabled and this fragment has instructions in it, it has to
497   // obey the bundling restrictions. With padding, we'll have:
498   //
499   //
500   //        BundlePadding
501   //             |||
502   // -------------------------------------
503   //   Prev  |##########|       F        |
504   // -------------------------------------
505   //                    ^
506   //                    |
507   //                    F->Offset
508   //
509   // The fragment's offset will point to after the padding, and its computed
510   // size won't include the padding.
511   //
512   if (Assembler.isBundlingEnabled() && F->hasInstructions()) {
513     assert(isa<MCEncodedFragment>(F) &&
514            "Only MCEncodedFragment implementations have instructions");
515     uint64_t FSize = Assembler.computeFragmentSize(*this, *F);
516
517     if (FSize > Assembler.getBundleAlignSize())
518       report_fatal_error("Fragment can't be larger than a bundle size");
519
520     uint64_t RequiredBundlePadding = computeBundlePadding(F, F->Offset, FSize);
521     if (RequiredBundlePadding > UINT8_MAX)
522       report_fatal_error("Padding cannot exceed 255 bytes");
523     F->setBundlePadding(static_cast<uint8_t>(RequiredBundlePadding));
524     F->Offset += RequiredBundlePadding;
525   }
526 }
527
528 /// \brief Write the contents of a fragment to the given object writer. Expects
529 ///        a MCEncodedFragment.
530 static void writeFragmentContents(const MCFragment &F, MCObjectWriter *OW) {
531   const MCEncodedFragment &EF = cast<MCEncodedFragment>(F);
532   OW->WriteBytes(EF.getContents());
533 }
534
535 /// \brief Write the fragment \p F to the output file.
536 static void writeFragment(const MCAssembler &Asm, const MCAsmLayout &Layout,
537                           const MCFragment &F) {
538   MCObjectWriter *OW = &Asm.getWriter();
539
540   // FIXME: Embed in fragments instead?
541   uint64_t FragmentSize = Asm.computeFragmentSize(Layout, F);
542
543   // Should NOP padding be written out before this fragment?
544   unsigned BundlePadding = F.getBundlePadding();
545   if (BundlePadding > 0) {
546     assert(Asm.isBundlingEnabled() &&
547            "Writing bundle padding with disabled bundling");
548     assert(F.hasInstructions() &&
549            "Writing bundle padding for a fragment without instructions");
550
551     unsigned TotalLength = BundlePadding + static_cast<unsigned>(FragmentSize);
552     if (F.alignToBundleEnd() && TotalLength > Asm.getBundleAlignSize()) {
553       // If the padding itself crosses a bundle boundary, it must be emitted
554       // in 2 pieces, since even nop instructions must not cross boundaries.
555       //             v--------------v   <- BundleAlignSize
556       //        v---------v             <- BundlePadding
557       // ----------------------------
558       // | Prev |####|####|    F    |
559       // ----------------------------
560       //        ^-------------------^   <- TotalLength
561       unsigned DistanceToBoundary = TotalLength - Asm.getBundleAlignSize();
562       if (!Asm.getBackend().writeNopData(DistanceToBoundary, OW))
563           report_fatal_error("unable to write NOP sequence of " +
564                              Twine(DistanceToBoundary) + " bytes");
565       BundlePadding -= DistanceToBoundary;
566     }
567     if (!Asm.getBackend().writeNopData(BundlePadding, OW))
568       report_fatal_error("unable to write NOP sequence of " +
569                          Twine(BundlePadding) + " bytes");
570   }
571
572   // This variable (and its dummy usage) is to participate in the assert at
573   // the end of the function.
574   uint64_t Start = OW->getStream().tell();
575   (void) Start;
576
577   ++stats::EmittedFragments;
578
579   switch (F.getKind()) {
580   case MCFragment::FT_Align: {
581     ++stats::EmittedAlignFragments;
582     const MCAlignFragment &AF = cast<MCAlignFragment>(F);
583     uint64_t Count = FragmentSize / AF.getValueSize();
584
585     assert(AF.getValueSize() && "Invalid virtual align in concrete fragment!");
586
587     // FIXME: This error shouldn't actually occur (the front end should emit
588     // multiple .align directives to enforce the semantics it wants), but is
589     // severe enough that we want to report it. How to handle this?
590     if (Count * AF.getValueSize() != FragmentSize)
591       report_fatal_error("undefined .align directive, value size '" +
592                         Twine(AF.getValueSize()) +
593                         "' is not a divisor of padding size '" +
594                         Twine(FragmentSize) + "'");
595
596     // See if we are aligning with nops, and if so do that first to try to fill
597     // the Count bytes.  Then if that did not fill any bytes or there are any
598     // bytes left to fill use the Value and ValueSize to fill the rest.
599     // If we are aligning with nops, ask that target to emit the right data.
600     if (AF.hasEmitNops()) {
601       if (!Asm.getBackend().writeNopData(Count, OW))
602         report_fatal_error("unable to write nop sequence of " +
603                           Twine(Count) + " bytes");
604       break;
605     }
606
607     // Otherwise, write out in multiples of the value size.
608     for (uint64_t i = 0; i != Count; ++i) {
609       switch (AF.getValueSize()) {
610       default: llvm_unreachable("Invalid size!");
611       case 1: OW->Write8 (uint8_t (AF.getValue())); break;
612       case 2: OW->Write16(uint16_t(AF.getValue())); break;
613       case 4: OW->Write32(uint32_t(AF.getValue())); break;
614       case 8: OW->Write64(uint64_t(AF.getValue())); break;
615       }
616     }
617     break;
618   }
619
620   case MCFragment::FT_Data: 
621     ++stats::EmittedDataFragments;
622     writeFragmentContents(F, OW);
623     break;
624
625   case MCFragment::FT_Relaxable:
626     ++stats::EmittedRelaxableFragments;
627     writeFragmentContents(F, OW);
628     break;
629
630   case MCFragment::FT_CompactEncodedInst:
631     ++stats::EmittedCompactEncodedInstFragments;
632     writeFragmentContents(F, OW);
633     break;
634
635   case MCFragment::FT_Fill: {
636     ++stats::EmittedFillFragments;
637     const MCFillFragment &FF = cast<MCFillFragment>(F);
638
639     assert(FF.getValueSize() && "Invalid virtual align in concrete fragment!");
640
641     for (uint64_t i = 0, e = FF.getSize() / FF.getValueSize(); i != e; ++i) {
642       switch (FF.getValueSize()) {
643       default: llvm_unreachable("Invalid size!");
644       case 1: OW->Write8 (uint8_t (FF.getValue())); break;
645       case 2: OW->Write16(uint16_t(FF.getValue())); break;
646       case 4: OW->Write32(uint32_t(FF.getValue())); break;
647       case 8: OW->Write64(uint64_t(FF.getValue())); break;
648       }
649     }
650     break;
651   }
652
653   case MCFragment::FT_LEB: {
654     const MCLEBFragment &LF = cast<MCLEBFragment>(F);
655     OW->WriteBytes(LF.getContents().str());
656     break;
657   }
658
659   case MCFragment::FT_Org: {
660     ++stats::EmittedOrgFragments;
661     const MCOrgFragment &OF = cast<MCOrgFragment>(F);
662
663     for (uint64_t i = 0, e = FragmentSize; i != e; ++i)
664       OW->Write8(uint8_t(OF.getValue()));
665
666     break;
667   }
668
669   case MCFragment::FT_Dwarf: {
670     const MCDwarfLineAddrFragment &OF = cast<MCDwarfLineAddrFragment>(F);
671     OW->WriteBytes(OF.getContents().str());
672     break;
673   }
674   case MCFragment::FT_DwarfFrame: {
675     const MCDwarfCallFrameFragment &CF = cast<MCDwarfCallFrameFragment>(F);
676     OW->WriteBytes(CF.getContents().str());
677     break;
678   }
679   }
680
681   assert(OW->getStream().tell() - Start == FragmentSize &&
682          "The stream should advance by fragment size");
683 }
684
685 void MCAssembler::writeSectionData(const MCSectionData *SD,
686                                    const MCAsmLayout &Layout) const {
687   // Ignore virtual sections.
688   if (SD->getSection().isVirtualSection()) {
689     assert(Layout.getSectionFileSize(SD) == 0 && "Invalid size for section!");
690
691     // Check that contents are only things legal inside a virtual section.
692     for (MCSectionData::const_iterator it = SD->begin(),
693            ie = SD->end(); it != ie; ++it) {
694       switch (it->getKind()) {
695       default: llvm_unreachable("Invalid fragment in virtual section!");
696       case MCFragment::FT_Data: {
697         // Check that we aren't trying to write a non-zero contents (or fixups)
698         // into a virtual section. This is to support clients which use standard
699         // directives to fill the contents of virtual sections.
700         const MCDataFragment &DF = cast<MCDataFragment>(*it);
701         assert(DF.fixup_begin() == DF.fixup_end() &&
702                "Cannot have fixups in virtual section!");
703         for (unsigned i = 0, e = DF.getContents().size(); i != e; ++i)
704           assert(DF.getContents()[i] == 0 &&
705                  "Invalid data value for virtual section!");
706         break;
707       }
708       case MCFragment::FT_Align:
709         // Check that we aren't trying to write a non-zero value into a virtual
710         // section.
711         assert((!cast<MCAlignFragment>(it)->getValueSize() ||
712                 !cast<MCAlignFragment>(it)->getValue()) &&
713                "Invalid align in virtual section!");
714         break;
715       case MCFragment::FT_Fill:
716         assert(!cast<MCFillFragment>(it)->getValueSize() &&
717                "Invalid fill in virtual section!");
718         break;
719       }
720     }
721
722     return;
723   }
724
725   uint64_t Start = getWriter().getStream().tell();
726   (void)Start;
727
728   for (MCSectionData::const_iterator it = SD->begin(), ie = SD->end();
729        it != ie; ++it)
730     writeFragment(*this, Layout, *it);
731
732   assert(getWriter().getStream().tell() - Start ==
733          Layout.getSectionAddressSize(SD));
734 }
735
736
737 uint64_t MCAssembler::handleFixup(const MCAsmLayout &Layout,
738                                   MCFragment &F,
739                                   const MCFixup &Fixup) {
740    // Evaluate the fixup.
741    MCValue Target;
742    uint64_t FixedValue;
743    if (!evaluateFixup(Layout, Fixup, &F, Target, FixedValue)) {
744      // The fixup was unresolved, we need a relocation. Inform the object
745      // writer of the relocation, and give it an opportunity to adjust the
746      // fixup value if need be.
747      getWriter().RecordRelocation(*this, Layout, &F, Fixup, Target, FixedValue);
748    }
749    return FixedValue;
750  }
751
752 void MCAssembler::Finish() {
753   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
754       llvm::errs() << "assembler backend - pre-layout\n--\n";
755       dump(); });
756
757   // Create the layout object.
758   MCAsmLayout Layout(*this);
759
760   // Create dummy fragments and assign section ordinals.
761   unsigned SectionIndex = 0;
762   for (MCAssembler::iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
763     // Create dummy fragments to eliminate any empty sections, this simplifies
764     // layout.
765     if (it->getFragmentList().empty())
766       new MCDataFragment(it);
767
768     it->setOrdinal(SectionIndex++);
769   }
770
771   // Assign layout order indices to sections and fragments.
772   for (unsigned i = 0, e = Layout.getSectionOrder().size(); i != e; ++i) {
773     MCSectionData *SD = Layout.getSectionOrder()[i];
774     SD->setLayoutOrder(i);
775
776     unsigned FragmentIndex = 0;
777     for (MCSectionData::iterator iFrag = SD->begin(), iFragEnd = SD->end();
778          iFrag != iFragEnd; ++iFrag)
779       iFrag->setLayoutOrder(FragmentIndex++);
780   }
781
782   // Layout until everything fits.
783   while (layoutOnce(Layout))
784     continue;
785
786   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
787       llvm::errs() << "assembler backend - post-relaxation\n--\n";
788       dump(); });
789
790   // Finalize the layout, including fragment lowering.
791   finishLayout(Layout);
792
793   DEBUG_WITH_TYPE("mc-dump", {
794       llvm::errs() << "assembler backend - final-layout\n--\n";
795       dump(); });
796
797   uint64_t StartOffset = OS.tell();
798
799   // Allow the object writer a chance to perform post-layout binding (for
800   // example, to set the index fields in the symbol data).
801   getWriter().ExecutePostLayoutBinding(*this, Layout);
802
803   // Evaluate and apply the fixups, generating relocation entries as necessary.
804   for (MCAssembler::iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
805     for (MCSectionData::iterator it2 = it->begin(),
806            ie2 = it->end(); it2 != ie2; ++it2) {
807       MCEncodedFragmentWithFixups *F =
808         dyn_cast<MCEncodedFragmentWithFixups>(it2);
809       if (F) {
810         for (MCEncodedFragmentWithFixups::fixup_iterator it3 = F->fixup_begin(),
811              ie3 = F->fixup_end(); it3 != ie3; ++it3) {
812           MCFixup &Fixup = *it3;
813           uint64_t FixedValue = handleFixup(Layout, *F, Fixup);
814           getBackend().applyFixup(Fixup, F->getContents().data(),
815                                   F->getContents().size(), FixedValue);
816         }
817       }
818     }
819   }
820
821   // Write the object file.
822   getWriter().WriteObject(*this, Layout);
823
824   stats::ObjectBytes += OS.tell() - StartOffset;
825 }
826
827 bool MCAssembler::fixupNeedsRelaxation(const MCFixup &Fixup,
828                                        const MCRelaxableFragment *DF,
829                                        const MCAsmLayout &Layout) const {
830   // If we cannot resolve the fixup value, it requires relaxation.
831   MCValue Target;
832   uint64_t Value;
833   if (!evaluateFixup(Layout, Fixup, DF, Target, Value))
834     return true;
835
836   return getBackend().fixupNeedsRelaxation(Fixup, Value, DF, Layout);
837 }
838
839 bool MCAssembler::fragmentNeedsRelaxation(const MCRelaxableFragment *F,
840                                           const MCAsmLayout &Layout) const {
841   // If this inst doesn't ever need relaxation, ignore it. This occurs when we
842   // are intentionally pushing out inst fragments, or because we relaxed a
843   // previous instruction to one that doesn't need relaxation.
844   if (!getBackend().mayNeedRelaxation(F->getInst()))
845     return false;
846
847   for (MCRelaxableFragment::const_fixup_iterator it = F->fixup_begin(),
848        ie = F->fixup_end(); it != ie; ++it)
849     if (fixupNeedsRelaxation(*it, F, Layout))
850       return true;
851
852   return false;
853 }
854
855 bool MCAssembler::relaxInstruction(MCAsmLayout &Layout,
856                                    MCRelaxableFragment &F) {
857   if (!fragmentNeedsRelaxation(&F, Layout))
858     return false;
859
860   ++stats::RelaxedInstructions;
861
862   // FIXME-PERF: We could immediately lower out instructions if we can tell
863   // they are fully resolved, to avoid retesting on later passes.
864
865   // Relax the fragment.
866
867   MCInst Relaxed;
868   getBackend().relaxInstruction(F.getInst(), Relaxed);
869
870   // Encode the new instruction.
871   //
872   // FIXME-PERF: If it matters, we could let the target do this. It can
873   // probably do so more efficiently in many cases.
874   SmallVector<MCFixup, 4> Fixups;
875   SmallString<256> Code;
876   raw_svector_ostream VecOS(Code);
877   getEmitter().EncodeInstruction(Relaxed, VecOS, Fixups);
878   VecOS.flush();
879
880   // Update the fragment.
881   F.setInst(Relaxed);
882   F.getContents() = Code;
883   F.getFixups() = Fixups;
884
885   return true;
886 }
887
888 bool MCAssembler::relaxLEB(MCAsmLayout &Layout, MCLEBFragment &LF) {
889   int64_t Value = 0;
890   uint64_t OldSize = LF.getContents().size();
891   bool IsAbs = LF.getValue().EvaluateAsAbsolute(Value, Layout);
892   (void)IsAbs;
893   assert(IsAbs);
894   SmallString<8> &Data = LF.getContents();
895   Data.clear();
896   raw_svector_ostream OSE(Data);
897   if (LF.isSigned())
898     encodeSLEB128(Value, OSE);
899   else
900     encodeULEB128(Value, OSE);
901   OSE.flush();
902   return OldSize != LF.getContents().size();
903 }
904
905 bool MCAssembler::relaxDwarfLineAddr(MCAsmLayout &Layout,
906                                      MCDwarfLineAddrFragment &DF) {
907   int64_t AddrDelta = 0;
908   uint64_t OldSize = DF.getContents().size();
909   bool IsAbs = DF.getAddrDelta().EvaluateAsAbsolute(AddrDelta, Layout);
910   (void)IsAbs;
911   assert(IsAbs);
912   int64_t LineDelta;
913   LineDelta = DF.getLineDelta();
914   SmallString<8> &Data = DF.getContents();
915   Data.clear();
916   raw_svector_ostream OSE(Data);
917   MCDwarfLineAddr::Encode(LineDelta, AddrDelta, OSE);
918   OSE.flush();
919   return OldSize != Data.size();
920 }
921
922 bool MCAssembler::relaxDwarfCallFrameFragment(MCAsmLayout &Layout,
923                                               MCDwarfCallFrameFragment &DF) {
924   int64_t AddrDelta = 0;
925   uint64_t OldSize = DF.getContents().size();
926   bool IsAbs = DF.getAddrDelta().EvaluateAsAbsolute(AddrDelta, Layout);
927   (void)IsAbs;
928   assert(IsAbs);
929   SmallString<8> &Data = DF.getContents();
930   Data.clear();
931   raw_svector_ostream OSE(Data);
932   MCDwarfFrameEmitter::EncodeAdvanceLoc(AddrDelta, OSE);
933   OSE.flush();
934   return OldSize != Data.size();
935 }
936
937 bool MCAssembler::layoutSectionOnce(MCAsmLayout &Layout, MCSectionData &SD) {
938   // Holds the first fragment which needed relaxing during this layout. It will
939   // remain NULL if none were relaxed.
940   // When a fragment is relaxed, all the fragments following it should get
941   // invalidated because their offset is going to change.
942   MCFragment *FirstRelaxedFragment = NULL;
943
944   // Attempt to relax all the fragments in the section.
945   for (MCSectionData::iterator I = SD.begin(), IE = SD.end(); I != IE; ++I) {
946     // Check if this is a fragment that needs relaxation.
947     bool RelaxedFrag = false;
948     switch(I->getKind()) {
949     default:
950       break;
951     case MCFragment::FT_Relaxable:
952       assert(!getRelaxAll() &&
953              "Did not expect a MCRelaxableFragment in RelaxAll mode");
954       RelaxedFrag = relaxInstruction(Layout, *cast<MCRelaxableFragment>(I));
955       break;
956     case MCFragment::FT_Dwarf:
957       RelaxedFrag = relaxDwarfLineAddr(Layout,
958                                        *cast<MCDwarfLineAddrFragment>(I));
959       break;
960     case MCFragment::FT_DwarfFrame:
961       RelaxedFrag =
962         relaxDwarfCallFrameFragment(Layout,
963                                     *cast<MCDwarfCallFrameFragment>(I));
964       break;
965     case MCFragment::FT_LEB:
966       RelaxedFrag = relaxLEB(Layout, *cast<MCLEBFragment>(I));
967       break;
968     }
969     if (RelaxedFrag && !FirstRelaxedFragment)
970       FirstRelaxedFragment = I;
971   }
972   if (FirstRelaxedFragment) {
973     Layout.invalidateFragmentsFrom(FirstRelaxedFragment);
974     return true;
975   }
976   return false;
977 }
978
979 bool MCAssembler::layoutOnce(MCAsmLayout &Layout) {
980   ++stats::RelaxationSteps;
981
982   bool WasRelaxed = false;
983   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
984     MCSectionData &SD = *it;
985     while (layoutSectionOnce(Layout, SD))
986       WasRelaxed = true;
987   }
988
989   return WasRelaxed;
990 }
991
992 void MCAssembler::finishLayout(MCAsmLayout &Layout) {
993   // The layout is done. Mark every fragment as valid.
994   for (unsigned int i = 0, n = Layout.getSectionOrder().size(); i != n; ++i) {
995     Layout.getFragmentOffset(&*Layout.getSectionOrder()[i]->rbegin());
996   }
997 }
998
999 // Debugging methods
1000
1001 namespace llvm {
1002
1003 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const MCFixup &AF) {
1004   OS << "<MCFixup" << " Offset:" << AF.getOffset()
1005      << " Value:" << *AF.getValue()
1006      << " Kind:" << AF.getKind() << ">";
1007   return OS;
1008 }
1009
1010 }
1011
1012 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
1013 void MCFragment::dump() {
1014   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1015
1016   OS << "<";
1017   switch (getKind()) {
1018   case MCFragment::FT_Align: OS << "MCAlignFragment"; break;
1019   case MCFragment::FT_Data:  OS << "MCDataFragment"; break;
1020   case MCFragment::FT_CompactEncodedInst:
1021     OS << "MCCompactEncodedInstFragment"; break;
1022   case MCFragment::FT_Fill:  OS << "MCFillFragment"; break;
1023   case MCFragment::FT_Relaxable:  OS << "MCRelaxableFragment"; break;
1024   case MCFragment::FT_Org:   OS << "MCOrgFragment"; break;
1025   case MCFragment::FT_Dwarf: OS << "MCDwarfFragment"; break;
1026   case MCFragment::FT_DwarfFrame: OS << "MCDwarfCallFrameFragment"; break;
1027   case MCFragment::FT_LEB:   OS << "MCLEBFragment"; break;
1028   }
1029
1030   OS << "<MCFragment " << (void*) this << " LayoutOrder:" << LayoutOrder
1031      << " Offset:" << Offset
1032      << " HasInstructions:" << hasInstructions() 
1033      << " BundlePadding:" << static_cast<unsigned>(getBundlePadding()) << ">";
1034
1035   switch (getKind()) {
1036   case MCFragment::FT_Align: {
1037     const MCAlignFragment *AF = cast<MCAlignFragment>(this);
1038     if (AF->hasEmitNops())
1039       OS << " (emit nops)";
1040     OS << "\n       ";
1041     OS << " Alignment:" << AF->getAlignment()
1042        << " Value:" << AF->getValue() << " ValueSize:" << AF->getValueSize()
1043        << " MaxBytesToEmit:" << AF->getMaxBytesToEmit() << ">";
1044     break;
1045   }
1046   case MCFragment::FT_Data:  {
1047     const MCDataFragment *DF = cast<MCDataFragment>(this);
1048     OS << "\n       ";
1049     OS << " Contents:[";
1050     const SmallVectorImpl<char> &Contents = DF->getContents();
1051     for (unsigned i = 0, e = Contents.size(); i != e; ++i) {
1052       if (i) OS << ",";
1053       OS << hexdigit((Contents[i] >> 4) & 0xF) << hexdigit(Contents[i] & 0xF);
1054     }
1055     OS << "] (" << Contents.size() << " bytes)";
1056
1057     if (DF->fixup_begin() != DF->fixup_end()) {
1058       OS << ",\n       ";
1059       OS << " Fixups:[";
1060       for (MCDataFragment::const_fixup_iterator it = DF->fixup_begin(),
1061              ie = DF->fixup_end(); it != ie; ++it) {
1062         if (it != DF->fixup_begin()) OS << ",\n                ";
1063         OS << *it;
1064       }
1065       OS << "]";
1066     }
1067     break;
1068   }
1069   case MCFragment::FT_CompactEncodedInst: {
1070     const MCCompactEncodedInstFragment *CEIF =
1071       cast<MCCompactEncodedInstFragment>(this);
1072     OS << "\n       ";
1073     OS << " Contents:[";
1074     const SmallVectorImpl<char> &Contents = CEIF->getContents();
1075     for (unsigned i = 0, e = Contents.size(); i != e; ++i) {
1076       if (i) OS << ",";
1077       OS << hexdigit((Contents[i] >> 4) & 0xF) << hexdigit(Contents[i] & 0xF);
1078     }
1079     OS << "] (" << Contents.size() << " bytes)";
1080     break;
1081   }
1082   case MCFragment::FT_Fill:  {
1083     const MCFillFragment *FF = cast<MCFillFragment>(this);
1084     OS << " Value:" << FF->getValue() << " ValueSize:" << FF->getValueSize()
1085        << " Size:" << FF->getSize();
1086     break;
1087   }
1088   case MCFragment::FT_Relaxable:  {
1089     const MCRelaxableFragment *F = cast<MCRelaxableFragment>(this);
1090     OS << "\n       ";
1091     OS << " Inst:";
1092     F->getInst().dump_pretty(OS);
1093     break;
1094   }
1095   case MCFragment::FT_Org:  {
1096     const MCOrgFragment *OF = cast<MCOrgFragment>(this);
1097     OS << "\n       ";
1098     OS << " Offset:" << OF->getOffset() << " Value:" << OF->getValue();
1099     break;
1100   }
1101   case MCFragment::FT_Dwarf:  {
1102     const MCDwarfLineAddrFragment *OF = cast<MCDwarfLineAddrFragment>(this);
1103     OS << "\n       ";
1104     OS << " AddrDelta:" << OF->getAddrDelta()
1105        << " LineDelta:" << OF->getLineDelta();
1106     break;
1107   }
1108   case MCFragment::FT_DwarfFrame:  {
1109     const MCDwarfCallFrameFragment *CF = cast<MCDwarfCallFrameFragment>(this);
1110     OS << "\n       ";
1111     OS << " AddrDelta:" << CF->getAddrDelta();
1112     break;
1113   }
1114   case MCFragment::FT_LEB: {
1115     const MCLEBFragment *LF = cast<MCLEBFragment>(this);
1116     OS << "\n       ";
1117     OS << " Value:" << LF->getValue() << " Signed:" << LF->isSigned();
1118     break;
1119   }
1120   }
1121   OS << ">";
1122 }
1123
1124 void MCSectionData::dump() {
1125   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1126
1127   OS << "<MCSectionData";
1128   OS << " Alignment:" << getAlignment()
1129      << " Fragments:[\n      ";
1130   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
1131     if (it != begin()) OS << ",\n      ";
1132     it->dump();
1133   }
1134   OS << "]>";
1135 }
1136
1137 void MCSymbolData::dump() {
1138   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1139
1140   OS << "<MCSymbolData Symbol:" << getSymbol()
1141      << " Fragment:" << getFragment() << " Offset:" << getOffset()
1142      << " Flags:" << getFlags() << " Index:" << getIndex();
1143   if (isCommon())
1144     OS << " (common, size:" << getCommonSize()
1145        << " align: " << getCommonAlignment() << ")";
1146   if (isExternal())
1147     OS << " (external)";
1148   if (isPrivateExtern())
1149     OS << " (private extern)";
1150   OS << ">";
1151 }
1152
1153 void MCAssembler::dump() {
1154   raw_ostream &OS = llvm::errs();
1155
1156   OS << "<MCAssembler\n";
1157   OS << "  Sections:[\n    ";
1158   for (iterator it = begin(), ie = end(); it != ie; ++it) {
1159     if (it != begin()) OS << ",\n    ";
1160     it->dump();
1161   }
1162   OS << "],\n";
1163   OS << "  Symbols:[";
1164
1165   for (symbol_iterator it = symbol_begin(), ie = symbol_end(); it != ie; ++it) {
1166     if (it != symbol_begin()) OS << ",\n           ";
1167     it->dump();
1168   }
1169   OS << "]>\n";
1170 }
1171 #endif
1172
1173 // anchors for MC*Fragment vtables
1174 void MCEncodedFragment::anchor() { }
1175 void MCEncodedFragmentWithFixups::anchor() { }
1176 void MCDataFragment::anchor() { }
1177 void MCCompactEncodedInstFragment::anchor() { }
1178 void MCRelaxableFragment::anchor() { }
1179 void MCAlignFragment::anchor() { }
1180 void MCFillFragment::anchor() { }
1181 void MCOrgFragment::anchor() { }
1182 void MCLEBFragment::anchor() { }
1183 void MCDwarfLineAddrFragment::anchor() { }
1184 void MCDwarfCallFrameFragment::anchor() { }