lib/MC/MachObjectWriter.cpp

   1 //===- lib/MC/MachObjectWriter.cpp - Mach-O File Writer -------------------===//
   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 "llvm/MC/MCMachObjectWriter.h"
  11 #include "llvm/ADT/StringMap.h"
  12 #include "llvm/ADT/Twine.h"
  13 #include "llvm/MC/MCAsmBackend.h"
  14 #include "llvm/MC/MCAsmLayout.h"
  15 #include "llvm/MC/MCAssembler.h"
  16 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  17 #include "llvm/MC/MCFixupKindInfo.h"
  18 #include "llvm/MC/MCMachOSymbolFlags.h"
  19 #include "llvm/MC/MCObjectWriter.h"
  20 #include "llvm/MC/MCSectionMachO.h"
  21 #include "llvm/MC/MCSymbol.h"
  22 #include "llvm/MC/MCValue.h"
  23 #include "llvm/Support/Debug.h"
  24 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  25 #include "llvm/Support/MachO.h"
  26 #include <vector>
  27 using namespace llvm;
  28
  29 void MachObjectWriter::reset() {
  30   Relocations.clear();
  31   IndirectSymBase.clear();
  32   StringTable.clear();
  33   LocalSymbolData.clear();
  34   ExternalSymbolData.clear();
  35   UndefinedSymbolData.clear();
  36   MCObjectWriter::reset();
  37 }
  38
  39 bool MachObjectWriter::
  40 doesSymbolRequireExternRelocation(const MCSymbolData *SD) {
  41   // Undefined symbols are always extern.
  42   if (SD->Symbol->isUndefined())
  43     return true;
  44
  45   // References to weak definitions require external relocation entries; the
  46   // definition may not always be the one in the same object file.
  47   if (SD->getFlags() & SF_WeakDefinition)
  48     return true;
  49
  50   // Otherwise, we can use an internal relocation.
  51   return false;
  52 }
  53
  54 bool MachObjectWriter::
  55 MachSymbolData::operator<(const MachSymbolData &RHS) const {
  56   return SymbolData->getSymbol().getName() <
  57     RHS.SymbolData->getSymbol().getName();
  58 }
  59
  60 bool MachObjectWriter::isFixupKindPCRel(const MCAssembler &Asm, unsigned Kind) {
  61   const MCFixupKindInfo &FKI = Asm.getBackend().getFixupKindInfo(
  62     (MCFixupKind) Kind);
  63
  64   return FKI.Flags & MCFixupKindInfo::FKF_IsPCRel;
  65 }
  66
  67 uint64_t MachObjectWriter::getFragmentAddress(const MCFragment *Fragment,
  68                                               const MCAsmLayout &Layout) const {
  69   return getSectionAddress(Fragment->getParent()) +
  70     Layout.getFragmentOffset(Fragment);
  71 }
  72
  73 uint64_t MachObjectWriter::getSymbolAddress(const MCSymbolData* SD,
  74                                             const MCAsmLayout &Layout) const {
  75   const MCSymbol &S = SD->getSymbol();
  76
  77   // If this is a variable, then recursively evaluate now.
  78   if (S.isVariable()) {
  79     if (const MCConstantExpr *C =
  80           dyn_cast<const MCConstantExpr>(S.getVariableValue()))
  81       return C->getValue();
  82
  83
  84     MCValue Target;
  85     if (!S.getVariableValue()->EvaluateAsRelocatable(Target, &Layout))
  86       report_fatal_error("unable to evaluate offset for variable '" +
  87                          S.getName() + "'");
  88
  89     // Verify that any used symbols are defined.
  90     if (Target.getSymA() && Target.getSymA()->getSymbol().isUndefined())
  91       report_fatal_error("unable to evaluate offset to undefined symbol '" +
  92                          Target.getSymA()->getSymbol().getName() + "'");
  93     if (Target.getSymB() && Target.getSymB()->getSymbol().isUndefined())
  94       report_fatal_error("unable to evaluate offset to undefined symbol '" +
  95                          Target.getSymB()->getSymbol().getName() + "'");
  96
  97     uint64_t Address = Target.getConstant();
  98     if (Target.getSymA())
  99       Address += getSymbolAddress(&Layout.getAssembler().getSymbolData(
 100                                     Target.getSymA()->getSymbol()), Layout);
 101     if (Target.getSymB())
 102       Address += getSymbolAddress(&Layout.getAssembler().getSymbolData(
 103                                     Target.getSymB()->getSymbol()), Layout);
 104     return Address;
 105   }
 106
 107   return getSectionAddress(SD->getFragment()->getParent()) +
 108     Layout.getSymbolOffset(SD);
 109 }
 110
 111 uint64_t MachObjectWriter::getPaddingSize(const MCSectionData *SD,
 112                                           const MCAsmLayout &Layout) const {
 113   uint64_t EndAddr = getSectionAddress(SD) + Layout.getSectionAddressSize(SD);
 114   unsigned Next = SD->getLayoutOrder() + 1;
 115   if (Next >= Layout.getSectionOrder().size())
 116     return 0;
 117
 118   const MCSectionData &NextSD = *Layout.getSectionOrder()[Next];
 119   if (NextSD.getSection().isVirtualSection())
 120     return 0;
 121   return OffsetToAlignment(EndAddr, NextSD.getAlignment());
 122 }
 123
 124 void MachObjectWriter::WriteHeader(unsigned NumLoadCommands,
 125                                    unsigned LoadCommandsSize,
 126                                    bool SubsectionsViaSymbols) {
 127   uint32_t Flags = 0;
 128
 129   if (SubsectionsViaSymbols)
 130     Flags |= MachO::MH_SUBSECTIONS_VIA_SYMBOLS;
 131
 132   // struct mach_header (28 bytes) or
 133   // struct mach_header_64 (32 bytes)
 134
 135   uint64_t Start = OS.tell();
 136   (void) Start;
 137
 138   Write32(is64Bit() ? MachO::MH_MAGIC_64 : MachO::MH_MAGIC);
 139
 140   Write32(TargetObjectWriter->getCPUType());
 141   Write32(TargetObjectWriter->getCPUSubtype());
 142
 143   Write32(MachO::MH_OBJECT);
 144   Write32(NumLoadCommands);
 145   Write32(LoadCommandsSize);
 146   Write32(Flags);
 147   if (is64Bit())
 148     Write32(0); // reserved
 149
 150   assert(OS.tell() - Start ==
 151          (is64Bit()?sizeof(MachO::mach_header_64): sizeof(MachO::mach_header)));
 152 }
 153
 154 /// WriteSegmentLoadCommand - Write a segment load command.
 155 ///
 156 /// \param NumSections The number of sections in this segment.
 157 /// \param SectionDataSize The total size of the sections.
 158 void MachObjectWriter::WriteSegmentLoadCommand(unsigned NumSections,
 159                                                uint64_t VMSize,
 160                                                uint64_t SectionDataStartOffset,
 161                                                uint64_t SectionDataSize) {
 162   // struct segment_command (56 bytes) or
 163   // struct segment_command_64 (72 bytes)
 164
 165   uint64_t Start = OS.tell();
 166   (void) Start;
 167
 168   unsigned SegmentLoadCommandSize =
 169     is64Bit() ? sizeof(MachO::segment_command_64):
 170     sizeof(MachO::segment_command);
 171   Write32(is64Bit() ? MachO::LC_SEGMENT_64 : MachO::LC_SEGMENT);
 172   Write32(SegmentLoadCommandSize +
 173           NumSections * (is64Bit() ? sizeof(MachO::section_64) :
 174                          sizeof(MachO::section)));
 175
 176   WriteBytes("", 16);
 177   if (is64Bit()) {
 178     Write64(0); // vmaddr
 179     Write64(VMSize); // vmsize
 180     Write64(SectionDataStartOffset); // file offset
 181     Write64(SectionDataSize); // file size
 182   } else {
 183     Write32(0); // vmaddr
 184     Write32(VMSize); // vmsize
 185     Write32(SectionDataStartOffset); // file offset
 186     Write32(SectionDataSize); // file size
 187   }
 188   // maxprot
 189   Write32(MachO::VM_PROT_READ | MachO::VM_PROT_WRITE | MachO::VM_PROT_EXECUTE);
 190   // initprot
 191   Write32(MachO::VM_PROT_READ | MachO::VM_PROT_WRITE | MachO::VM_PROT_EXECUTE);
 192   Write32(NumSections);
 193   Write32(0); // flags
 194
 195   assert(OS.tell() - Start == SegmentLoadCommandSize);
 196 }
 197
 198 void MachObjectWriter::WriteSection(const MCAssembler &Asm,
 199                                     const MCAsmLayout &Layout,
 200                                     const MCSectionData &SD,
 201                                     uint64_t FileOffset,
 202                                     uint64_t RelocationsStart,
 203                                     unsigned NumRelocations) {
 204   uint64_t SectionSize = Layout.getSectionAddressSize(&SD);
 205
 206   // The offset is unused for virtual sections.
 207   if (SD.getSection().isVirtualSection()) {
 208     assert(Layout.getSectionFileSize(&SD) == 0 && "Invalid file size!");
 209     FileOffset = 0;
 210   }
 211
 212   // struct section (68 bytes) or
 213   // struct section_64 (80 bytes)
 214
 215   uint64_t Start = OS.tell();
 216   (void) Start;
 217
 218   const MCSectionMachO &Section = cast<MCSectionMachO>(SD.getSection());
 219   WriteBytes(Section.getSectionName(), 16);
 220   WriteBytes(Section.getSegmentName(), 16);
 221   if (is64Bit()) {
 222     Write64(getSectionAddress(&SD)); // address
 223     Write64(SectionSize); // size
 224   } else {
 225     Write32(getSectionAddress(&SD)); // address
 226     Write32(SectionSize); // size
 227   }
 228   Write32(FileOffset);
 229
 230   unsigned Flags = Section.getTypeAndAttributes();
 231   if (SD.hasInstructions())
 232     Flags |= MachO::S_ATTR_SOME_INSTRUCTIONS;
 233
 234   assert(isPowerOf2_32(SD.getAlignment()) && "Invalid alignment!");
 235   Write32(Log2_32(SD.getAlignment()));
 236   Write32(NumRelocations ? RelocationsStart : 0);
 237   Write32(NumRelocations);
 238   Write32(Flags);
 239   Write32(IndirectSymBase.lookup(&SD)); // reserved1
 240   Write32(Section.getStubSize()); // reserved2
 241   if (is64Bit())
 242     Write32(0); // reserved3
 243
 244   assert(OS.tell() - Start == (is64Bit() ? sizeof(MachO::section_64) :
 245                                sizeof(MachO::section)));
 246 }
 247
 248 void MachObjectWriter::WriteSymtabLoadCommand(uint32_t SymbolOffset,
 249                                               uint32_t NumSymbols,
 250                                               uint32_t StringTableOffset,
 251                                               uint32_t StringTableSize) {
 252   // struct symtab_command (24 bytes)
 253
 254   uint64_t Start = OS.tell();
 255   (void) Start;
 256
 257   Write32(MachO::LC_SYMTAB);
 258   Write32(sizeof(MachO::symtab_command));
 259   Write32(SymbolOffset);
 260   Write32(NumSymbols);
 261   Write32(StringTableOffset);
 262   Write32(StringTableSize);
 263
 264   assert(OS.tell() - Start == sizeof(MachO::symtab_command));
 265 }
 266
 267 void MachObjectWriter::WriteDysymtabLoadCommand(uint32_t FirstLocalSymbol,
 268                                                 uint32_t NumLocalSymbols,
 269                                                 uint32_t FirstExternalSymbol,
 270                                                 uint32_t NumExternalSymbols,
 271                                                 uint32_t FirstUndefinedSymbol,
 272                                                 uint32_t NumUndefinedSymbols,
 273                                                 uint32_t IndirectSymbolOffset,
 274                                                 uint32_t NumIndirectSymbols) {
 275   // struct dysymtab_command (80 bytes)
 276
 277   uint64_t Start = OS.tell();
 278   (void) Start;
 279
 280   Write32(MachO::LC_DYSYMTAB);
 281   Write32(sizeof(MachO::dysymtab_command));
 282   Write32(FirstLocalSymbol);
 283   Write32(NumLocalSymbols);
 284   Write32(FirstExternalSymbol);
 285   Write32(NumExternalSymbols);
 286   Write32(FirstUndefinedSymbol);
 287   Write32(NumUndefinedSymbols);
 288   Write32(0); // tocoff
 289   Write32(0); // ntoc
 290   Write32(0); // modtaboff
 291   Write32(0); // nmodtab
 292   Write32(0); // extrefsymoff
 293   Write32(0); // nextrefsyms
 294   Write32(IndirectSymbolOffset);
 295   Write32(NumIndirectSymbols);
 296   Write32(0); // extreloff
 297   Write32(0); // nextrel
 298   Write32(0); // locreloff
 299   Write32(0); // nlocrel
 300
 301   assert(OS.tell() - Start == sizeof(MachO::dysymtab_command));
 302 }
 303
 304 void MachObjectWriter::WriteNlist(MachSymbolData &MSD,
 305                                   const MCAsmLayout &Layout) {
 306   MCSymbolData &Data = *MSD.SymbolData;
 307   const MCSymbol &Symbol = Data.getSymbol();
 308   uint8_t Type = 0;
 309   uint16_t Flags = Data.getFlags();
 310   uint64_t Address = 0;
 311
 312   // Set the N_TYPE bits. See <mach-o/nlist.h>.
 313   //
 314   // FIXME: Are the prebound or indirect fields possible here?
 315   if (Symbol.isUndefined())
 316     Type = MachO::N_UNDF;
 317   else if (Symbol.isAbsolute())
 318     Type = MachO::N_ABS;
 319   else
 320     Type = MachO::N_SECT;
 321
 322   // FIXME: Set STAB bits.
 323
 324   if (Data.isPrivateExtern())
 325     Type |= MachO::N_PEXT;
 326
 327   // Set external bit.
 328   if (Data.isExternal() || Symbol.isUndefined())
 329     Type |= MachO::N_EXT;
 330
 331   // Compute the symbol address.
 332   if (Symbol.isDefined()) {
 333     Address = getSymbolAddress(&Data, Layout);
 334   } else if (Data.isCommon()) {
 335     // Common symbols are encoded with the size in the address
 336     // field, and their alignment in the flags.
 337     Address = Data.getCommonSize();
 338
 339     // Common alignment is packed into the 'desc' bits.
 340     if (unsigned Align = Data.getCommonAlignment()) {
 341       unsigned Log2Size = Log2_32(Align);
 342       assert((1U << Log2Size) == Align && "Invalid 'common' alignment!");
 343       if (Log2Size > 15)
 344         report_fatal_error("invalid 'common' alignment '" +
 345                            Twine(Align) + "' for '" + Symbol.getName() + "'",
 346                            false);
 347       // FIXME: Keep this mask with the SymbolFlags enumeration.
 348       Flags = (Flags & 0xF0FF) | (Log2Size << 8);
 349     }
 350   }
 351
 352   // struct nlist (12 bytes)
 353
 354   Write32(MSD.StringIndex);
 355   Write8(Type);
 356   Write8(MSD.SectionIndex);
 357
 358   // The Mach-O streamer uses the lowest 16-bits of the flags for the 'desc'
 359   // value.
 360   Write16(Flags);
 361   if (is64Bit())
 362     Write64(Address);
 363   else
 364     Write32(Address);
 365 }
 366
 367 void MachObjectWriter::WriteLinkeditLoadCommand(uint32_t Type,
 368                                                 uint32_t DataOffset,
 369                                                 uint32_t DataSize) {
 370   uint64_t Start = OS.tell();
 371   (void) Start;
 372
 373   Write32(Type);
 374   Write32(sizeof(MachO::linkedit_data_command));
 375   Write32(DataOffset);
 376   Write32(DataSize);
 377
 378   assert(OS.tell() - Start == sizeof(MachO::linkedit_data_command));
 379 }
 380
 381 static unsigned ComputeLinkerOptionsLoadCommandSize(
 382   const std::vector<std::string> &Options, bool is64Bit)
 383 {
 384   unsigned Size = sizeof(MachO::linker_options_command);
 385   for (unsigned i = 0, e = Options.size(); i != e; ++i)
 386     Size += Options[i].size() + 1;
 387   return RoundUpToAlignment(Size, is64Bit ? 8 : 4);
 388 }
 389
 390 void MachObjectWriter::WriteLinkerOptionsLoadCommand(
 391   const std::vector<std::string> &Options)
 392 {
 393   unsigned Size = ComputeLinkerOptionsLoadCommandSize(Options, is64Bit());
 394   uint64_t Start = OS.tell();
 395   (void) Start;
 396
 397   Write32(MachO::LC_LINKER_OPTIONS);
 398   Write32(Size);
 399   Write32(Options.size());
 400   uint64_t BytesWritten = sizeof(MachO::linker_options_command);
 401   for (unsigned i = 0, e = Options.size(); i != e; ++i) {
 402     // Write each string, including the null byte.
 403     const std::string &Option = Options[i];
 404     WriteBytes(Option.c_str(), Option.size() + 1);
 405     BytesWritten += Option.size() + 1;
 406   }
 407
 408   // Pad to a multiple of the pointer size.
 409   WriteBytes("", OffsetToAlignment(BytesWritten, is64Bit() ? 8 : 4));
 410
 411   assert(OS.tell() - Start == Size);
 412 }
 413
 414
 415 void MachObjectWriter::RecordRelocation(const MCAssembler &Asm,
 416                                         const MCAsmLayout &Layout,
 417                                         const MCFragment *Fragment,
 418                                         const MCFixup &Fixup,
 419                                         MCValue Target,
 420                                         bool &IsPCRel,
 421                                         uint64_t &FixedValue) {
 422   TargetObjectWriter->RecordRelocation(this, Asm, Layout, Fragment, Fixup,
 423                                        Target, FixedValue);
 424 }
 425
 426 void MachObjectWriter::BindIndirectSymbols(MCAssembler &Asm) {
 427   // This is the point where 'as' creates actual symbols for indirect symbols
 428   // (in the following two passes). It would be easier for us to do this sooner
 429   // when we see the attribute, but that makes getting the order in the symbol
 430   // table much more complicated than it is worth.
 431   //
 432   // FIXME: Revisit this when the dust settles.
 433
 434   // Report errors for use of .indirect_symbol not in a symbol pointer section
 435   // or stub section.
 436   for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 437          ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it) {
 438     const MCSectionMachO &Section =
 439       cast<MCSectionMachO>(it->SectionData->getSection());
 440
 441     if (Section.getType() != MachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS &&
 442         Section.getType() != MachO::S_LAZY_SYMBOL_POINTERS &&
 443         Section.getType() != MachO::S_SYMBOL_STUBS) {
 444         MCSymbol &Symbol = *it->Symbol;
 445         report_fatal_error("indirect symbol '" + Symbol.getName() +
 446                            "' not in a symbol pointer or stub section");
 447     }
 448   }
 449
 450   // Bind non-lazy symbol pointers first.
 451   unsigned IndirectIndex = 0;
 452   for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 453          ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it, ++IndirectIndex) {
 454     const MCSectionMachO &Section =
 455       cast<MCSectionMachO>(it->SectionData->getSection());
 456
 457     if (Section.getType() != MachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS)
 458       continue;
 459
 460     // Initialize the section indirect symbol base, if necessary.
 461     IndirectSymBase.insert(std::make_pair(it->SectionData, IndirectIndex));
 462
 463     Asm.getOrCreateSymbolData(*it->Symbol);
 464   }
 465
 466   // Then lazy symbol pointers and symbol stubs.
 467   IndirectIndex = 0;
 468   for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 469          ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it, ++IndirectIndex) {
 470     const MCSectionMachO &Section =
 471       cast<MCSectionMachO>(it->SectionData->getSection());
 472
 473     if (Section.getType() != MachO::S_LAZY_SYMBOL_POINTERS &&
 474         Section.getType() != MachO::S_SYMBOL_STUBS)
 475       continue;
 476
 477     // Initialize the section indirect symbol base, if necessary.
 478     IndirectSymBase.insert(std::make_pair(it->SectionData, IndirectIndex));
 479
 480     // Set the symbol type to undefined lazy, but only on construction.
 481     //
 482     // FIXME: Do not hardcode.
 483     bool Created;
 484     MCSymbolData &Entry = Asm.getOrCreateSymbolData(*it->Symbol, &Created);
 485     if (Created)
 486       Entry.setFlags(Entry.getFlags() | 0x0001);
 487   }
 488 }
 489
 490 /// ComputeSymbolTable - Compute the symbol table data
 491 ///
 492 /// \param StringTable [out] - The string table data.
 493 /// \param StringIndexMap [out] - Map from symbol names to offsets in the
 494 /// string table.
 495 void MachObjectWriter::
 496 ComputeSymbolTable(MCAssembler &Asm, SmallString<256> &StringTable,
 497                    std::vector<MachSymbolData> &LocalSymbolData,
 498                    std::vector<MachSymbolData> &ExternalSymbolData,
 499                    std::vector<MachSymbolData> &UndefinedSymbolData) {
 500   // Build section lookup table.
 501   DenseMap<const MCSection*, uint8_t> SectionIndexMap;
 502   unsigned Index = 1;
 503   for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(),
 504          ie = Asm.end(); it != ie; ++it, ++Index)
 505     SectionIndexMap[&it->getSection()] = Index;
 506   assert(Index <= 256 && "Too many sections!");
 507
 508   // Index 0 is always the empty string.
 509   StringMap<uint64_t> StringIndexMap;
 510   StringTable += '\x00';
 511
 512   // Build the symbol arrays and the string table, but only for non-local
 513   // symbols.
 514   //
 515   // The particular order that we collect the symbols and create the string
 516   // table, then sort the symbols is chosen to match 'as'. Even though it
 517   // doesn't matter for correctness, this is important for letting us diff .o
 518   // files.
 519   for (MCAssembler::symbol_iterator it = Asm.symbol_begin(),
 520          ie = Asm.symbol_end(); it != ie; ++it) {
 521     const MCSymbol &Symbol = it->getSymbol();
 522
 523     // Ignore non-linker visible symbols.
 524     if (!Asm.isSymbolLinkerVisible(it->getSymbol()))
 525       continue;
 526
 527     if (!it->isExternal() && !Symbol.isUndefined())
 528       continue;
 529
 530     uint64_t &Entry = StringIndexMap[Symbol.getName()];
 531     if (!Entry) {
 532       Entry = StringTable.size();
 533       StringTable += Symbol.getName();
 534       StringTable += '\x00';
 535     }
 536
 537     MachSymbolData MSD;
 538     MSD.SymbolData = it;
 539     MSD.StringIndex = Entry;
 540
 541     if (Symbol.isUndefined()) {
 542       MSD.SectionIndex = 0;
 543       UndefinedSymbolData.push_back(MSD);
 544     } else if (Symbol.isAbsolute()) {
 545       MSD.SectionIndex = 0;
 546       ExternalSymbolData.push_back(MSD);
 547     } else {
 548       MSD.SectionIndex = SectionIndexMap.lookup(&Symbol.getSection());
 549       assert(MSD.SectionIndex && "Invalid section index!");
 550       ExternalSymbolData.push_back(MSD);
 551     }
 552   }
 553
 554   // Now add the data for local symbols.
 555   for (MCAssembler::symbol_iterator it = Asm.symbol_begin(),
 556          ie = Asm.symbol_end(); it != ie; ++it) {
 557     const MCSymbol &Symbol = it->getSymbol();
 558
 559     // Ignore non-linker visible symbols.
 560     if (!Asm.isSymbolLinkerVisible(it->getSymbol()))
 561       continue;
 562
 563     if (it->isExternal() || Symbol.isUndefined())
 564       continue;
 565
 566     uint64_t &Entry = StringIndexMap[Symbol.getName()];
 567     if (!Entry) {
 568       Entry = StringTable.size();
 569       StringTable += Symbol.getName();
 570       StringTable += '\x00';
 571     }
 572
 573     MachSymbolData MSD;
 574     MSD.SymbolData = it;
 575     MSD.StringIndex = Entry;
 576
 577     if (Symbol.isAbsolute()) {
 578       MSD.SectionIndex = 0;
 579       LocalSymbolData.push_back(MSD);
 580     } else {
 581       MSD.SectionIndex = SectionIndexMap.lookup(&Symbol.getSection());
 582       assert(MSD.SectionIndex && "Invalid section index!");
 583       LocalSymbolData.push_back(MSD);
 584     }
 585   }
 586
 587   // External and undefined symbols are required to be in lexicographic order.
 588   std::sort(ExternalSymbolData.begin(), ExternalSymbolData.end());
 589   std::sort(UndefinedSymbolData.begin(), UndefinedSymbolData.end());
 590
 591   // Set the symbol indices.
 592   Index = 0;
 593   for (unsigned i = 0, e = LocalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 594     LocalSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
 595   for (unsigned i = 0, e = ExternalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 596     ExternalSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
 597   for (unsigned i = 0, e = UndefinedSymbolData.size(); i != e; ++i)
 598     UndefinedSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
 599
 600   // The string table is padded to a multiple of 4.
 601   while (StringTable.size() % 4)
 602     StringTable += '\x00';
 603 }
 604
 605 void MachObjectWriter::computeSectionAddresses(const MCAssembler &Asm,
 606                                                const MCAsmLayout &Layout) {
 607   uint64_t StartAddress = 0;
 608   const SmallVectorImpl<MCSectionData*> &Order = Layout.getSectionOrder();
 609   for (int i = 0, n = Order.size(); i != n ; ++i) {
 610     const MCSectionData *SD = Order[i];
 611     StartAddress = RoundUpToAlignment(StartAddress, SD->getAlignment());
 612     SectionAddress[SD] = StartAddress;
 613     StartAddress += Layout.getSectionAddressSize(SD);
 614
 615     // Explicitly pad the section to match the alignment requirements of the
 616     // following one. This is for 'gas' compatibility, it shouldn't
 617     /// strictly be necessary.
 618     StartAddress += getPaddingSize(SD, Layout);
 619   }
 620 }
 621
 622 void MachObjectWriter::markAbsoluteVariableSymbols(MCAssembler &Asm,
 623                                                    const MCAsmLayout &Layout) {
 624   for (MCAssembler::symbol_iterator i = Asm.symbol_begin(),
 625                                     e = Asm.symbol_end();
 626       i != e; ++i) {
 627     MCSymbolData &SD = *i;
 628     if (!SD.getSymbol().isVariable())
 629       continue;
 630
 631     // Is the variable is a symbol difference (SA - SB + C) expression,
 632     // and neither symbol is external, mark the variable as absolute.
 633     const MCExpr *Expr = SD.getSymbol().getVariableValue();
 634     MCValue Value;
 635     if (Expr->EvaluateAsRelocatable(Value, &Layout)) {
 636       if (Value.getSymA() && Value.getSymB())
 637         const_cast<MCSymbol*>(&SD.getSymbol())->setAbsolute();
 638     }
 639   }
 640 }
 641
 642 void MachObjectWriter::ExecutePostLayoutBinding(MCAssembler &Asm,
 643                                                 const MCAsmLayout &Layout) {
 644   computeSectionAddresses(Asm, Layout);
 645
 646   // Create symbol data for any indirect symbols.
 647   BindIndirectSymbols(Asm);
 648
 649   // Mark symbol difference expressions in variables (from .set or = directives)
 650   // as absolute.
 651   markAbsoluteVariableSymbols(Asm, Layout);
 652
 653   // Compute symbol table information and bind symbol indices.
 654   ComputeSymbolTable(Asm, StringTable, LocalSymbolData, ExternalSymbolData,
 655                      UndefinedSymbolData);
 656 }
 657
 658 bool MachObjectWriter::
 659 IsSymbolRefDifferenceFullyResolvedImpl(const MCAssembler &Asm,
 660                                        const MCSymbolData &DataA,
 661                                        const MCFragment &FB,
 662                                        bool InSet,
 663                                        bool IsPCRel) const {
 664   if (InSet)
 665     return true;
 666
 667   // The effective address is
 668   //     addr(atom(A)) + offset(A)
 669   //   - addr(atom(B)) - offset(B)
 670   // and the offsets are not relocatable, so the fixup is fully resolved when
 671   //  addr(atom(A)) - addr(atom(B)) == 0.
 672   const MCSymbolData *A_Base = 0, *B_Base = 0;
 673
 674   const MCSymbol &SA = DataA.getSymbol().AliasedSymbol();
 675   const MCSection &SecA = SA.getSection();
 676   const MCSection &SecB = FB.getParent()->getSection();
 677
 678   if (IsPCRel) {
 679     // The simple (Darwin, except on x86_64) way of dealing with this was to
 680     // assume that any reference to a temporary symbol *must* be a temporary
 681     // symbol in the same atom, unless the sections differ. Therefore, any PCrel
 682     // relocation to a temporary symbol (in the same section) is fully
 683     // resolved. This also works in conjunction with absolutized .set, which
 684     // requires the compiler to use .set to absolutize the differences between
 685     // symbols which the compiler knows to be assembly time constants, so we
 686     // don't need to worry about considering symbol differences fully resolved.
 687     //
 688     // If the file isn't using sub-sections-via-symbols, we can make the
 689     // same assumptions about any symbol that we normally make about
 690     // assembler locals.
 691
 692     bool hasReliableSymbolDifference = isX86_64();
 693     if (!hasReliableSymbolDifference) {
 694       if (!SA.isInSection() || &SecA != &SecB ||
 695           (!SA.isTemporary() &&
 696            FB.getAtom() != Asm.getSymbolData(SA).getFragment()->getAtom() &&
 697            Asm.getSubsectionsViaSymbols()))
 698         return false;
 699       return true;
 700     }
 701     // For Darwin x86_64, there is one special case when the reference IsPCRel.
 702     // If the fragment with the reference does not have a base symbol but meets
 703     // the simple way of dealing with this, in that it is a temporary symbol in
 704     // the same atom then it is assumed to be fully resolved.  This is needed so
 705     // a relocation entry is not created and so the static linker does not
 706     // mess up the reference later.
 707     else if(!FB.getAtom() &&
 708             SA.isTemporary() && SA.isInSection() && &SecA == &SecB){
 709       return true;
 710     }
 711   } else {
 712     if (!TargetObjectWriter->useAggressiveSymbolFolding())
 713       return false;
 714   }
 715
 716   const MCFragment *FA = Asm.getSymbolData(SA).getFragment();
 717
 718   // Bail if the symbol has no fragment.
 719   if (!FA)
 720     return false;
 721
 722   A_Base = FA->getAtom();
 723   if (!A_Base)
 724     return false;
 725
 726   B_Base = FB.getAtom();
 727   if (!B_Base)
 728     return false;
 729
 730   // If the atoms are the same, they are guaranteed to have the same address.
 731   if (A_Base == B_Base)
 732     return true;
 733
 734   // Otherwise, we can't prove this is fully resolved.
 735   return false;
 736 }
 737
 738 void MachObjectWriter::WriteObject(MCAssembler &Asm,
 739                                    const MCAsmLayout &Layout) {
 740   unsigned NumSections = Asm.size();
 741   const MCAssembler::VersionMinInfoType &VersionInfo =
 742     Layout.getAssembler().getVersionMinInfo();
 743
 744   // The section data starts after the header, the segment load command (and
 745   // section headers) and the symbol table.
 746   unsigned NumLoadCommands = 1;
 747   uint64_t LoadCommandsSize = is64Bit() ?
 748     sizeof(MachO::segment_command_64) + NumSections * sizeof(MachO::section_64):
 749     sizeof(MachO::segment_command) + NumSections * sizeof(MachO::section);
 750
 751   // Add the deployment target version info load command size, if used.
 752   if (VersionInfo.Major != 0) {
 753     ++NumLoadCommands;
 754     LoadCommandsSize += sizeof(MachO::version_min_command);
 755   }
 756
 757   // Add the data-in-code load command size, if used.
 758   unsigned NumDataRegions = Asm.getDataRegions().size();
 759   if (NumDataRegions) {
 760     ++NumLoadCommands;
 761     LoadCommandsSize += sizeof(MachO::linkedit_data_command);
 762   }
 763
 764   // Add the loh load command size, if used.
 765   uint64_t LOHRawSize = Asm.getLOHContainer().getEmitSize(*this, Layout);
 766   uint64_t LOHSize = RoundUpToAlignment(LOHRawSize, is64Bit() ? 8 : 4);
 767   if (LOHSize) {
 768     ++NumLoadCommands;
 769     LoadCommandsSize += sizeof(MachO::linkedit_data_command);
 770   }
 771
 772   // Add the symbol table load command sizes, if used.
 773   unsigned NumSymbols = LocalSymbolData.size() + ExternalSymbolData.size() +
 774     UndefinedSymbolData.size();
 775   if (NumSymbols) {
 776     NumLoadCommands += 2;
 777     LoadCommandsSize += (sizeof(MachO::symtab_command) +
 778                          sizeof(MachO::dysymtab_command));
 779   }
 780
 781   // Add the linker option load commands sizes.
 782   const std::vector<std::vector<std::string> > &LinkerOptions =
 783     Asm.getLinkerOptions();
 784   for (unsigned i = 0, e = LinkerOptions.size(); i != e; ++i) {
 785     ++NumLoadCommands;
 786     LoadCommandsSize += ComputeLinkerOptionsLoadCommandSize(LinkerOptions[i],
 787                                                             is64Bit());
 788   }
 789
 790   // Compute the total size of the section data, as well as its file size and vm
 791   // size.
 792   uint64_t SectionDataStart = (is64Bit() ? sizeof(MachO::mach_header_64) :
 793                                sizeof(MachO::mach_header)) + LoadCommandsSize;
 794   uint64_t SectionDataSize = 0;
 795   uint64_t SectionDataFileSize = 0;
 796   uint64_t VMSize = 0;
 797   for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin(),
 798          ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
 799     const MCSectionData &SD = *it;
 800     uint64_t Address = getSectionAddress(&SD);
 801     uint64_t Size = Layout.getSectionAddressSize(&SD);
 802     uint64_t FileSize = Layout.getSectionFileSize(&SD);
 803     FileSize += getPaddingSize(&SD, Layout);
 804
 805     VMSize = std::max(VMSize, Address + Size);
 806
 807     if (SD.getSection().isVirtualSection())
 808       continue;
 809
 810     SectionDataSize = std::max(SectionDataSize, Address + Size);
 811     SectionDataFileSize = std::max(SectionDataFileSize, Address + FileSize);
 812   }
 813
 814   // The section data is padded to 4 bytes.
 815   //
 816   // FIXME: Is this machine dependent?
 817   unsigned SectionDataPadding = OffsetToAlignment(SectionDataFileSize, 4);
 818   SectionDataFileSize += SectionDataPadding;
 819
 820   // Write the prolog, starting with the header and load command...
 821   WriteHeader(NumLoadCommands, LoadCommandsSize,
 822               Asm.getSubsectionsViaSymbols());
 823   WriteSegmentLoadCommand(NumSections, VMSize,
 824                           SectionDataStart, SectionDataSize);
 825
 826   // ... and then the section headers.
 827   uint64_t RelocTableEnd = SectionDataStart + SectionDataFileSize;
 828   for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin(),
 829          ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
 830     std::vector<MachO::any_relocation_info> &Relocs = Relocations[it];
 831     unsigned NumRelocs = Relocs.size();
 832     uint64_t SectionStart = SectionDataStart + getSectionAddress(it);
 833     WriteSection(Asm, Layout, *it, SectionStart, RelocTableEnd, NumRelocs);
 834     RelocTableEnd += NumRelocs * sizeof(MachO::any_relocation_info);
 835   }
 836
 837   // Write out the deployment target information, if it's available.
 838   if (VersionInfo.Major != 0) {
 839     assert(VersionInfo.Update < 256 && "unencodable update target version");
 840     assert(VersionInfo.Minor < 256 && "unencodable minor target version");
 841     assert(VersionInfo.Major < 65536 && "unencodable major target version");
 842     uint32_t EncodedVersion = VersionInfo.Update | (VersionInfo.Minor << 8) |
 843       (VersionInfo.Major << 16);
 844     Write32(VersionInfo.Kind == MCVM_OSXVersionMin ? MachO::LC_VERSION_MIN_MACOSX :
 845             MachO::LC_VERSION_MIN_IPHONEOS);
 846     Write32(sizeof(MachO::version_min_command));
 847     Write32(EncodedVersion);
 848     Write32(0);         // reserved.
 849   }
 850
 851   // Write the data-in-code load command, if used.
 852   uint64_t DataInCodeTableEnd = RelocTableEnd + NumDataRegions * 8;
 853   if (NumDataRegions) {
 854     uint64_t DataRegionsOffset = RelocTableEnd;
 855     uint64_t DataRegionsSize = NumDataRegions * 8;
 856     WriteLinkeditLoadCommand(MachO::LC_DATA_IN_CODE, DataRegionsOffset,
 857                              DataRegionsSize);
 858   }
 859
 860   // Write the loh load command, if used.
 861   uint64_t LOHTableEnd = DataInCodeTableEnd + LOHSize;
 862   if (LOHSize)
 863     WriteLinkeditLoadCommand(MachO::LC_LINKER_OPTIMIZATION_HINT,
 864                              DataInCodeTableEnd, LOHSize);
 865
 866   // Write the symbol table load command, if used.
 867   if (NumSymbols) {
 868     unsigned FirstLocalSymbol = 0;
 869     unsigned NumLocalSymbols = LocalSymbolData.size();
 870     unsigned FirstExternalSymbol = FirstLocalSymbol + NumLocalSymbols;
 871     unsigned NumExternalSymbols = ExternalSymbolData.size();
 872     unsigned FirstUndefinedSymbol = FirstExternalSymbol + NumExternalSymbols;
 873     unsigned NumUndefinedSymbols = UndefinedSymbolData.size();
 874     unsigned NumIndirectSymbols = Asm.indirect_symbol_size();
 875     unsigned NumSymTabSymbols =
 876       NumLocalSymbols + NumExternalSymbols + NumUndefinedSymbols;
 877     uint64_t IndirectSymbolSize = NumIndirectSymbols * 4;
 878     uint64_t IndirectSymbolOffset = 0;
 879
 880     // If used, the indirect symbols are written after the section data.
 881     if (NumIndirectSymbols)
 882       IndirectSymbolOffset = LOHTableEnd;
 883
 884     // The symbol table is written after the indirect symbol data.
 885     uint64_t SymbolTableOffset = LOHTableEnd + IndirectSymbolSize;
 886
 887     // The string table is written after symbol table.
 888     uint64_t StringTableOffset =
 889       SymbolTableOffset + NumSymTabSymbols * (is64Bit() ?
 890                                               sizeof(MachO::nlist_64) :
 891                                               sizeof(MachO::nlist));
 892     WriteSymtabLoadCommand(SymbolTableOffset, NumSymTabSymbols,
 893                            StringTableOffset, StringTable.size());
 894
 895     WriteDysymtabLoadCommand(FirstLocalSymbol, NumLocalSymbols,
 896                              FirstExternalSymbol, NumExternalSymbols,
 897                              FirstUndefinedSymbol, NumUndefinedSymbols,
 898                              IndirectSymbolOffset, NumIndirectSymbols);
 899   }
 900
 901   // Write the linker options load commands.
 902   for (unsigned i = 0, e = LinkerOptions.size(); i != e; ++i) {
 903     WriteLinkerOptionsLoadCommand(LinkerOptions[i]);
 904   }
 905
 906   // Write the actual section data.
 907   for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin(),
 908          ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
 909     Asm.writeSectionData(it, Layout);
 910
 911     uint64_t Pad = getPaddingSize(it, Layout);
 912     for (unsigned int i = 0; i < Pad; ++i)
 913       Write8(0);
 914   }
 915
 916   // Write the extra padding.
 917   WriteZeros(SectionDataPadding);
 918
 919   // Write the relocation entries.
 920   for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin(),
 921          ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
 922     // Write the section relocation entries, in reverse order to match 'as'
 923     // (approximately, the exact algorithm is more complicated than this).
 924     std::vector<MachO::any_relocation_info> &Relocs = Relocations[it];
 925     for (unsigned i = 0, e = Relocs.size(); i != e; ++i) {
 926       Write32(Relocs[e - i - 1].r_word0);
 927       Write32(Relocs[e - i - 1].r_word1);
 928     }
 929   }
 930
 931   // Write out the data-in-code region payload, if there is one.
 932   for (MCAssembler::const_data_region_iterator
 933          it = Asm.data_region_begin(), ie = Asm.data_region_end();
 934          it != ie; ++it) {
 935     const DataRegionData *Data = &(*it);
 936     uint64_t Start =
 937       getSymbolAddress(&Layout.getAssembler().getSymbolData(*Data->Start),
 938                        Layout);
 939     uint64_t End =
 940       getSymbolAddress(&Layout.getAssembler().getSymbolData(*Data->End),
 941                        Layout);
 942     DEBUG(dbgs() << "data in code region-- kind: " << Data->Kind
 943                  << "  start: " << Start << "(" << Data->Start->getName() << ")"
 944                  << "  end: " << End << "(" << Data->End->getName() << ")"
 945                  << "  size: " << End - Start
 946                  << "\n");
 947     Write32(Start);
 948     Write16(End - Start);
 949     Write16(Data->Kind);
 950   }
 951
 952   // Write out the loh commands, if there is one.
 953   if (LOHSize) {
 954 #ifndef NDEBUG
 955     unsigned Start = OS.tell();
 956 #endif
 957     Asm.getLOHContainer().Emit(*this, Layout);
 958     // Pad to a multiple of the pointer size.
 959     WriteBytes("", OffsetToAlignment(LOHRawSize, is64Bit() ? 8 : 4));
 960     assert(OS.tell() - Start == LOHSize);
 961   }
 962
 963   // Write the symbol table data, if used.
 964   if (NumSymbols) {
 965     // Write the indirect symbol entries.
 966     for (MCAssembler::const_indirect_symbol_iterator
 967            it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 968            ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it) {
 969       // Indirect symbols in the non-lazy symbol pointer section have some
 970       // special handling.
 971       const MCSectionMachO &Section =
 972         static_cast<const MCSectionMachO&>(it->SectionData->getSection());
 973       if (Section.getType() == MachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS) {
 974         // If this symbol is defined and internal, mark it as such.
 975         if (it->Symbol->isDefined() &&
 976             !Asm.getSymbolData(*it->Symbol).isExternal()) {
 977           uint32_t Flags = MachO::INDIRECT_SYMBOL_LOCAL;
 978           if (it->Symbol->isAbsolute())
 979             Flags |= MachO::INDIRECT_SYMBOL_ABS;
 980           Write32(Flags);
 981           continue;
 982         }
 983       }
 984
 985       Write32(Asm.getSymbolData(*it->Symbol).getIndex());
 986     }
 987
 988     // FIXME: Check that offsets match computed ones.
 989
 990     // Write the symbol table entries.
 991     for (unsigned i = 0, e = LocalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 992       WriteNlist(LocalSymbolData[i], Layout);
 993     for (unsigned i = 0, e = ExternalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 994       WriteNlist(ExternalSymbolData[i], Layout);
 995     for (unsigned i = 0, e = UndefinedSymbolData.size(); i != e; ++i)
 996       WriteNlist(UndefinedSymbolData[i], Layout);
 997
 998     // Write the string table.
 999     OS << StringTable.str();
1000   }
1001 }
1002
1003 MCObjectWriter *llvm::createMachObjectWriter(MCMachObjectTargetWriter *MOTW,
1004                                              raw_ostream &OS,
1005                                              bool IsLittleEndian) {
1006   return new MachObjectWriter(MOTW, OS, IsLittleEndian);
1007 }