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                                         uint64_t &FixedValue) {
 421   TargetObjectWriter->RecordRelocation(this, Asm, Layout, Fragment, Fixup,
 422                                        Target, FixedValue);
 423 }
 424
 425 void MachObjectWriter::BindIndirectSymbols(MCAssembler &Asm) {
 426   // This is the point where 'as' creates actual symbols for indirect symbols
 427   // (in the following two passes). It would be easier for us to do this sooner
 428   // when we see the attribute, but that makes getting the order in the symbol
 429   // table much more complicated than it is worth.
 430   //
 431   // FIXME: Revisit this when the dust settles.
 432
 433   // Report errors for use of .indirect_symbol not in a symbol pointer section
 434   // or stub section.
 435   for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 436          ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it) {
 437     const MCSectionMachO &Section =
 438       cast<MCSectionMachO>(it->SectionData->getSection());
 439
 440     if (Section.getType() != MachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS &&
 441         Section.getType() != MachO::S_LAZY_SYMBOL_POINTERS &&
 442         Section.getType() != MachO::S_SYMBOL_STUBS) {
 443         MCSymbol &Symbol = *it->Symbol;
 444         report_fatal_error("indirect symbol '" + Symbol.getName() +
 445                            "' not in a symbol pointer or stub section");
 446     }
 447   }
 448
 449   // Bind non-lazy symbol pointers first.
 450   unsigned IndirectIndex = 0;
 451   for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 452          ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it, ++IndirectIndex) {
 453     const MCSectionMachO &Section =
 454       cast<MCSectionMachO>(it->SectionData->getSection());
 455
 456     if (Section.getType() != MachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS)
 457       continue;
 458
 459     // Initialize the section indirect symbol base, if necessary.
 460     IndirectSymBase.insert(std::make_pair(it->SectionData, IndirectIndex));
 461
 462     Asm.getOrCreateSymbolData(*it->Symbol);
 463   }
 464
 465   // Then lazy symbol pointers and symbol stubs.
 466   IndirectIndex = 0;
 467   for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 468          ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it, ++IndirectIndex) {
 469     const MCSectionMachO &Section =
 470       cast<MCSectionMachO>(it->SectionData->getSection());
 471
 472     if (Section.getType() != MachO::S_LAZY_SYMBOL_POINTERS &&
 473         Section.getType() != MachO::S_SYMBOL_STUBS)
 474       continue;
 475
 476     // Initialize the section indirect symbol base, if necessary.
 477     IndirectSymBase.insert(std::make_pair(it->SectionData, IndirectIndex));
 478
 479     // Set the symbol type to undefined lazy, but only on construction.
 480     //
 481     // FIXME: Do not hardcode.
 482     bool Created;
 483     MCSymbolData &Entry = Asm.getOrCreateSymbolData(*it->Symbol, &Created);
 484     if (Created)
 485       Entry.setFlags(Entry.getFlags() | 0x0001);
 486   }
 487 }
 488
 489 /// ComputeSymbolTable - Compute the symbol table data
 490 ///
 491 /// \param StringTable [out] - The string table data.
 492 /// \param StringIndexMap [out] - Map from symbol names to offsets in the
 493 /// string table.
 494 void MachObjectWriter::
 495 ComputeSymbolTable(MCAssembler &Asm, SmallString<256> &StringTable,
 496                    std::vector<MachSymbolData> &LocalSymbolData,
 497                    std::vector<MachSymbolData> &ExternalSymbolData,
 498                    std::vector<MachSymbolData> &UndefinedSymbolData) {
 499   // Build section lookup table.
 500   DenseMap<const MCSection*, uint8_t> SectionIndexMap;
 501   unsigned Index = 1;
 502   for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(),
 503          ie = Asm.end(); it != ie; ++it, ++Index)
 504     SectionIndexMap[&it->getSection()] = Index;
 505   assert(Index <= 256 && "Too many sections!");
 506
 507   // Index 0 is always the empty string.
 508   StringMap<uint64_t> StringIndexMap;
 509   StringTable += '\x00';
 510
 511   // Build the symbol arrays and the string table, but only for non-local
 512   // symbols.
 513   //
 514   // The particular order that we collect the symbols and create the string
 515   // table, then sort the symbols is chosen to match 'as'. Even though it
 516   // doesn't matter for correctness, this is important for letting us diff .o
 517   // files.
 518   for (MCAssembler::symbol_iterator it = Asm.symbol_begin(),
 519          ie = Asm.symbol_end(); it != ie; ++it) {
 520     const MCSymbol &Symbol = it->getSymbol();
 521
 522     // Ignore non-linker visible symbols.
 523     if (!Asm.isSymbolLinkerVisible(it->getSymbol()))
 524       continue;
 525
 526     if (!it->isExternal() && !Symbol.isUndefined())
 527       continue;
 528
 529     uint64_t &Entry = StringIndexMap[Symbol.getName()];
 530     if (!Entry) {
 531       Entry = StringTable.size();
 532       StringTable += Symbol.getName();
 533       StringTable += '\x00';
 534     }
 535
 536     MachSymbolData MSD;
 537     MSD.SymbolData = it;
 538     MSD.StringIndex = Entry;
 539
 540     if (Symbol.isUndefined()) {
 541       MSD.SectionIndex = 0;
 542       UndefinedSymbolData.push_back(MSD);
 543     } else if (Symbol.isAbsolute()) {
 544       MSD.SectionIndex = 0;
 545       ExternalSymbolData.push_back(MSD);
 546     } else {
 547       MSD.SectionIndex = SectionIndexMap.lookup(&Symbol.getSection());
 548       assert(MSD.SectionIndex && "Invalid section index!");
 549       ExternalSymbolData.push_back(MSD);
 550     }
 551   }
 552
 553   // Now add the data for local symbols.
 554   for (MCAssembler::symbol_iterator it = Asm.symbol_begin(),
 555          ie = Asm.symbol_end(); it != ie; ++it) {
 556     const MCSymbol &Symbol = it->getSymbol();
 557
 558     // Ignore non-linker visible symbols.
 559     if (!Asm.isSymbolLinkerVisible(it->getSymbol()))
 560       continue;
 561
 562     if (it->isExternal() || Symbol.isUndefined())
 563       continue;
 564
 565     uint64_t &Entry = StringIndexMap[Symbol.getName()];
 566     if (!Entry) {
 567       Entry = StringTable.size();
 568       StringTable += Symbol.getName();
 569       StringTable += '\x00';
 570     }
 571
 572     MachSymbolData MSD;
 573     MSD.SymbolData = it;
 574     MSD.StringIndex = Entry;
 575
 576     if (Symbol.isAbsolute()) {
 577       MSD.SectionIndex = 0;
 578       LocalSymbolData.push_back(MSD);
 579     } else {
 580       MSD.SectionIndex = SectionIndexMap.lookup(&Symbol.getSection());
 581       assert(MSD.SectionIndex && "Invalid section index!");
 582       LocalSymbolData.push_back(MSD);
 583     }
 584   }
 585
 586   // External and undefined symbols are required to be in lexicographic order.
 587   std::sort(ExternalSymbolData.begin(), ExternalSymbolData.end());
 588   std::sort(UndefinedSymbolData.begin(), UndefinedSymbolData.end());
 589
 590   // Set the symbol indices.
 591   Index = 0;
 592   for (unsigned i = 0, e = LocalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 593     LocalSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
 594   for (unsigned i = 0, e = ExternalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 595     ExternalSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
 596   for (unsigned i = 0, e = UndefinedSymbolData.size(); i != e; ++i)
 597     UndefinedSymbolData[i].SymbolData->setIndex(Index++);
 598
 599   // The string table is padded to a multiple of 4.
 600   while (StringTable.size() % 4)
 601     StringTable += '\x00';
 602 }
 603
 604 void MachObjectWriter::computeSectionAddresses(const MCAssembler &Asm,
 605                                                const MCAsmLayout &Layout) {
 606   uint64_t StartAddress = 0;
 607   const SmallVectorImpl<MCSectionData*> &Order = Layout.getSectionOrder();
 608   for (int i = 0, n = Order.size(); i != n ; ++i) {
 609     const MCSectionData *SD = Order[i];
 610     StartAddress = RoundUpToAlignment(StartAddress, SD->getAlignment());
 611     SectionAddress[SD] = StartAddress;
 612     StartAddress += Layout.getSectionAddressSize(SD);
 613
 614     // Explicitly pad the section to match the alignment requirements of the
 615     // following one. This is for 'gas' compatibility, it shouldn't
 616     /// strictly be necessary.
 617     StartAddress += getPaddingSize(SD, Layout);
 618   }
 619 }
 620
 621 void MachObjectWriter::markAbsoluteVariableSymbols(MCAssembler &Asm,
 622                                                    const MCAsmLayout &Layout) {
 623   for (MCAssembler::symbol_iterator i = Asm.symbol_begin(),
 624                                     e = Asm.symbol_end();
 625       i != e; ++i) {
 626     MCSymbolData &SD = *i;
 627     if (!SD.getSymbol().isVariable())
 628       continue;
 629
 630     // Is the variable is a symbol difference (SA - SB + C) expression,
 631     // and neither symbol is external, mark the variable as absolute.
 632     const MCExpr *Expr = SD.getSymbol().getVariableValue();
 633     MCValue Value;
 634     if (Expr->EvaluateAsRelocatable(Value, &Layout)) {
 635       if (Value.getSymA() && Value.getSymB())
 636         const_cast<MCSymbol*>(&SD.getSymbol())->setAbsolute();
 637     }
 638   }
 639 }
 640
 641 void MachObjectWriter::ExecutePostLayoutBinding(MCAssembler &Asm,
 642                                                 const MCAsmLayout &Layout) {
 643   computeSectionAddresses(Asm, Layout);
 644
 645   // Create symbol data for any indirect symbols.
 646   BindIndirectSymbols(Asm);
 647
 648   // Mark symbol difference expressions in variables (from .set or = directives)
 649   // as absolute.
 650   markAbsoluteVariableSymbols(Asm, Layout);
 651
 652   // Compute symbol table information and bind symbol indices.
 653   ComputeSymbolTable(Asm, StringTable, LocalSymbolData, ExternalSymbolData,
 654                      UndefinedSymbolData);
 655 }
 656
 657 bool MachObjectWriter::
 658 IsSymbolRefDifferenceFullyResolvedImpl(const MCAssembler &Asm,
 659                                        const MCSymbolData &DataA,
 660                                        const MCFragment &FB,
 661                                        bool InSet,
 662                                        bool IsPCRel) const {
 663   if (InSet)
 664     return true;
 665
 666   // The effective address is
 667   //     addr(atom(A)) + offset(A)
 668   //   - addr(atom(B)) - offset(B)
 669   // and the offsets are not relocatable, so the fixup is fully resolved when
 670   //  addr(atom(A)) - addr(atom(B)) == 0.
 671   const MCSymbolData *A_Base = 0, *B_Base = 0;
 672
 673   const MCSymbol &SA = DataA.getSymbol().AliasedSymbol();
 674   const MCSection &SecA = SA.getSection();
 675   const MCSection &SecB = FB.getParent()->getSection();
 676
 677   if (IsPCRel) {
 678     // The simple (Darwin, except on x86_64) way of dealing with this was to
 679     // assume that any reference to a temporary symbol *must* be a temporary
 680     // symbol in the same atom, unless the sections differ. Therefore, any PCrel
 681     // relocation to a temporary symbol (in the same section) is fully
 682     // resolved. This also works in conjunction with absolutized .set, which
 683     // requires the compiler to use .set to absolutize the differences between
 684     // symbols which the compiler knows to be assembly time constants, so we
 685     // don't need to worry about considering symbol differences fully resolved.
 686     //
 687     // If the file isn't using sub-sections-via-symbols, we can make the
 688     // same assumptions about any symbol that we normally make about
 689     // assembler locals.
 690
 691     bool hasReliableSymbolDifference = isX86_64();
 692     if (!hasReliableSymbolDifference) {
 693       if (!SA.isInSection() || &SecA != &SecB ||
 694           (!SA.isTemporary() &&
 695            FB.getAtom() != Asm.getSymbolData(SA).getFragment()->getAtom() &&
 696            Asm.getSubsectionsViaSymbols()))
 697         return false;
 698       return true;
 699     }
 700     // For Darwin x86_64, there is one special case when the reference IsPCRel.
 701     // If the fragment with the reference does not have a base symbol but meets
 702     // the simple way of dealing with this, in that it is a temporary symbol in
 703     // the same atom then it is assumed to be fully resolved.  This is needed so
 704     // a relocation entry is not created and so the static linker does not
 705     // mess up the reference later.
 706     else if(!FB.getAtom() &&
 707             SA.isTemporary() && SA.isInSection() && &SecA == &SecB){
 708       return true;
 709     }
 710   } else {
 711     if (!TargetObjectWriter->useAggressiveSymbolFolding())
 712       return false;
 713   }
 714
 715   const MCFragment *FA = Asm.getSymbolData(SA).getFragment();
 716
 717   // Bail if the symbol has no fragment.
 718   if (!FA)
 719     return false;
 720
 721   A_Base = FA->getAtom();
 722   if (!A_Base)
 723     return false;
 724
 725   B_Base = FB.getAtom();
 726   if (!B_Base)
 727     return false;
 728
 729   // If the atoms are the same, they are guaranteed to have the same address.
 730   if (A_Base == B_Base)
 731     return true;
 732
 733   // Otherwise, we can't prove this is fully resolved.
 734   return false;
 735 }
 736
 737 void MachObjectWriter::WriteObject(MCAssembler &Asm,
 738                                    const MCAsmLayout &Layout) {
 739   unsigned NumSections = Asm.size();
 740   const MCAssembler::VersionMinInfoType &VersionInfo =
 741     Layout.getAssembler().getVersionMinInfo();
 742
 743   // The section data starts after the header, the segment load command (and
 744   // section headers) and the symbol table.
 745   unsigned NumLoadCommands = 1;
 746   uint64_t LoadCommandsSize = is64Bit() ?
 747     sizeof(MachO::segment_command_64) + NumSections * sizeof(MachO::section_64):
 748     sizeof(MachO::segment_command) + NumSections * sizeof(MachO::section);
 749
 750   // Add the deployment target version info load command size, if used.
 751   if (VersionInfo.Major != 0) {
 752     ++NumLoadCommands;
 753     LoadCommandsSize += sizeof(MachO::version_min_command);
 754   }
 755
 756   // Add the data-in-code load command size, if used.
 757   unsigned NumDataRegions = Asm.getDataRegions().size();
 758   if (NumDataRegions) {
 759     ++NumLoadCommands;
 760     LoadCommandsSize += sizeof(MachO::linkedit_data_command);
 761   }
 762
 763   // Add the symbol table load command sizes, if used.
 764   unsigned NumSymbols = LocalSymbolData.size() + ExternalSymbolData.size() +
 765     UndefinedSymbolData.size();
 766   if (NumSymbols) {
 767     NumLoadCommands += 2;
 768     LoadCommandsSize += (sizeof(MachO::symtab_command) +
 769                          sizeof(MachO::dysymtab_command));
 770   }
 771
 772   // Add the linker option load commands sizes.
 773   const std::vector<std::vector<std::string> > &LinkerOptions =
 774     Asm.getLinkerOptions();
 775   for (unsigned i = 0, e = LinkerOptions.size(); i != e; ++i) {
 776     ++NumLoadCommands;
 777     LoadCommandsSize += ComputeLinkerOptionsLoadCommandSize(LinkerOptions[i],
 778                                                             is64Bit());
 779   }
 780
 781   // Compute the total size of the section data, as well as its file size and vm
 782   // size.
 783   uint64_t SectionDataStart = (is64Bit() ? sizeof(MachO::mach_header_64) :
 784                                sizeof(MachO::mach_header)) + LoadCommandsSize;
 785   uint64_t SectionDataSize = 0;
 786   uint64_t SectionDataFileSize = 0;
 787   uint64_t VMSize = 0;
 788   for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin(),
 789          ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
 790     const MCSectionData &SD = *it;
 791     uint64_t Address = getSectionAddress(&SD);
 792     uint64_t Size = Layout.getSectionAddressSize(&SD);
 793     uint64_t FileSize = Layout.getSectionFileSize(&SD);
 794     FileSize += getPaddingSize(&SD, Layout);
 795
 796     VMSize = std::max(VMSize, Address + Size);
 797
 798     if (SD.getSection().isVirtualSection())
 799       continue;
 800
 801     SectionDataSize = std::max(SectionDataSize, Address + Size);
 802     SectionDataFileSize = std::max(SectionDataFileSize, Address + FileSize);
 803   }
 804
 805   // The section data is padded to 4 bytes.
 806   //
 807   // FIXME: Is this machine dependent?
 808   unsigned SectionDataPadding = OffsetToAlignment(SectionDataFileSize, 4);
 809   SectionDataFileSize += SectionDataPadding;
 810
 811   // Write the prolog, starting with the header and load command...
 812   WriteHeader(NumLoadCommands, LoadCommandsSize,
 813               Asm.getSubsectionsViaSymbols());
 814   WriteSegmentLoadCommand(NumSections, VMSize,
 815                           SectionDataStart, SectionDataSize);
 816
 817   // ... and then the section headers.
 818   uint64_t RelocTableEnd = SectionDataStart + SectionDataFileSize;
 819   for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin(),
 820          ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
 821     std::vector<MachO::any_relocation_info> &Relocs = Relocations[it];
 822     unsigned NumRelocs = Relocs.size();
 823     uint64_t SectionStart = SectionDataStart + getSectionAddress(it);
 824     WriteSection(Asm, Layout, *it, SectionStart, RelocTableEnd, NumRelocs);
 825     RelocTableEnd += NumRelocs * sizeof(MachO::any_relocation_info);
 826   }
 827
 828   // Write out the deployment target information, if it's available.
 829   if (VersionInfo.Major != 0) {
 830     assert(VersionInfo.Update < 256 && "unencodable update target version");
 831     assert(VersionInfo.Minor < 256 && "unencodable minor target version");
 832     assert(VersionInfo.Major < 65536 && "unencodable major target version");
 833     uint32_t EncodedVersion = VersionInfo.Update | (VersionInfo.Minor << 8) |
 834       (VersionInfo.Major << 16);
 835     Write32(VersionInfo.Kind == MCVM_OSXVersionMin ? MachO::LC_VERSION_MIN_MACOSX :
 836             MachO::LC_VERSION_MIN_IPHONEOS);
 837     Write32(sizeof(MachO::version_min_command));
 838     Write32(EncodedVersion);
 839     Write32(0);         // reserved.
 840   }
 841
 842   // Write the data-in-code load command, if used.
 843   uint64_t DataInCodeTableEnd = RelocTableEnd + NumDataRegions * 8;
 844   if (NumDataRegions) {
 845     uint64_t DataRegionsOffset = RelocTableEnd;
 846     uint64_t DataRegionsSize = NumDataRegions * 8;
 847     WriteLinkeditLoadCommand(MachO::LC_DATA_IN_CODE, DataRegionsOffset,
 848                              DataRegionsSize);
 849   }
 850
 851   // Write the symbol table load command, if used.
 852   if (NumSymbols) {
 853     unsigned FirstLocalSymbol = 0;
 854     unsigned NumLocalSymbols = LocalSymbolData.size();
 855     unsigned FirstExternalSymbol = FirstLocalSymbol + NumLocalSymbols;
 856     unsigned NumExternalSymbols = ExternalSymbolData.size();
 857     unsigned FirstUndefinedSymbol = FirstExternalSymbol + NumExternalSymbols;
 858     unsigned NumUndefinedSymbols = UndefinedSymbolData.size();
 859     unsigned NumIndirectSymbols = Asm.indirect_symbol_size();
 860     unsigned NumSymTabSymbols =
 861       NumLocalSymbols + NumExternalSymbols + NumUndefinedSymbols;
 862     uint64_t IndirectSymbolSize = NumIndirectSymbols * 4;
 863     uint64_t IndirectSymbolOffset = 0;
 864
 865     // If used, the indirect symbols are written after the section data.
 866     if (NumIndirectSymbols)
 867       IndirectSymbolOffset = DataInCodeTableEnd;
 868
 869     // The symbol table is written after the indirect symbol data.
 870     uint64_t SymbolTableOffset = DataInCodeTableEnd + IndirectSymbolSize;
 871
 872     // The string table is written after symbol table.
 873     uint64_t StringTableOffset =
 874       SymbolTableOffset + NumSymTabSymbols * (is64Bit() ?
 875                                               sizeof(MachO::nlist_64) :
 876                                               sizeof(MachO::nlist));
 877     WriteSymtabLoadCommand(SymbolTableOffset, NumSymTabSymbols,
 878                            StringTableOffset, StringTable.size());
 879
 880     WriteDysymtabLoadCommand(FirstLocalSymbol, NumLocalSymbols,
 881                              FirstExternalSymbol, NumExternalSymbols,
 882                              FirstUndefinedSymbol, NumUndefinedSymbols,
 883                              IndirectSymbolOffset, NumIndirectSymbols);
 884   }
 885
 886   // Write the linker options load commands.
 887   for (unsigned i = 0, e = LinkerOptions.size(); i != e; ++i) {
 888     WriteLinkerOptionsLoadCommand(LinkerOptions[i]);
 889   }
 890
 891   // Write the actual section data.
 892   for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin(),
 893          ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
 894     Asm.writeSectionData(it, Layout);
 895
 896     uint64_t Pad = getPaddingSize(it, Layout);
 897     for (unsigned int i = 0; i < Pad; ++i)
 898       Write8(0);
 899   }
 900
 901   // Write the extra padding.
 902   WriteZeros(SectionDataPadding);
 903
 904   // Write the relocation entries.
 905   for (MCAssembler::const_iterator it = Asm.begin(),
 906          ie = Asm.end(); it != ie; ++it) {
 907     // Write the section relocation entries, in reverse order to match 'as'
 908     // (approximately, the exact algorithm is more complicated than this).
 909     std::vector<MachO::any_relocation_info> &Relocs = Relocations[it];
 910     for (unsigned i = 0, e = Relocs.size(); i != e; ++i) {
 911       Write32(Relocs[e - i - 1].r_word0);
 912       Write32(Relocs[e - i - 1].r_word1);
 913     }
 914   }
 915
 916   // Write out the data-in-code region payload, if there is one.
 917   for (MCAssembler::const_data_region_iterator
 918          it = Asm.data_region_begin(), ie = Asm.data_region_end();
 919          it != ie; ++it) {
 920     const DataRegionData *Data = &(*it);
 921     uint64_t Start =
 922       getSymbolAddress(&Layout.getAssembler().getSymbolData(*Data->Start),
 923                        Layout);
 924     uint64_t End =
 925       getSymbolAddress(&Layout.getAssembler().getSymbolData(*Data->End),
 926                        Layout);
 927     DEBUG(dbgs() << "data in code region-- kind: " << Data->Kind
 928                  << "  start: " << Start << "(" << Data->Start->getName() << ")"
 929                  << "  end: " << End << "(" << Data->End->getName() << ")"
 930                  << "  size: " << End - Start
 931                  << "\n");
 932     Write32(Start);
 933     Write16(End - Start);
 934     Write16(Data->Kind);
 935   }
 936
 937   // Write the symbol table data, if used.
 938   if (NumSymbols) {
 939     // Write the indirect symbol entries.
 940     for (MCAssembler::const_indirect_symbol_iterator
 941            it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 942            ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it) {
 943       // Indirect symbols in the non-lazy symbol pointer section have some
 944       // special handling.
 945       const MCSectionMachO &Section =
 946         static_cast<const MCSectionMachO&>(it->SectionData->getSection());
 947       if (Section.getType() == MachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS) {
 948         // If this symbol is defined and internal, mark it as such.
 949         if (it->Symbol->isDefined() &&
 950             !Asm.getSymbolData(*it->Symbol).isExternal()) {
 951           uint32_t Flags = MachO::INDIRECT_SYMBOL_LOCAL;
 952           if (it->Symbol->isAbsolute())
 953             Flags |= MachO::INDIRECT_SYMBOL_ABS;
 954           Write32(Flags);
 955           continue;
 956         }
 957       }
 958
 959       Write32(Asm.getSymbolData(*it->Symbol).getIndex());
 960     }
 961
 962     // FIXME: Check that offsets match computed ones.
 963
 964     // Write the symbol table entries.
 965     for (unsigned i = 0, e = LocalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 966       WriteNlist(LocalSymbolData[i], Layout);
 967     for (unsigned i = 0, e = ExternalSymbolData.size(); i != e; ++i)
 968       WriteNlist(ExternalSymbolData[i], Layout);
 969     for (unsigned i = 0, e = UndefinedSymbolData.size(); i != e; ++i)
 970       WriteNlist(UndefinedSymbolData[i], Layout);
 971
 972     // Write the string table.
 973     OS << StringTable.str();
 974   }
 975 }
 976
 977 MCObjectWriter *llvm::createMachObjectWriter(MCMachObjectTargetWriter *MOTW,
 978                                              raw_ostream &OS,
 979                                              bool IsLittleEndian) {
 980   return new MachObjectWriter(MOTW, OS, IsLittleEndian);
 981 }