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/MCObjectWriter.h"
  19 #include "llvm/MC/MCSectionMachO.h"
  20 #include "llvm/MC/MCSymbolMachO.h"
  21 #include "llvm/MC/MCValue.h"
  22 #include "llvm/Support/Debug.h"
  23 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  24 #include "llvm/Support/MachO.h"
  25 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  26 #include <vector>
  27 using namespace llvm;
  28
  29 #define DEBUG_TYPE "mc"
  30
  31 void MachObjectWriter::reset() {
  32   Relocations.clear();
  33   IndirectSymBase.clear();
  34   StringTable.clear();
  35   LocalSymbolData.clear();
  36   ExternalSymbolData.clear();
  37   UndefinedSymbolData.clear();
  38   MCObjectWriter::reset();
  39 }
  40
  41 bool MachObjectWriter::doesSymbolRequireExternRelocation(const MCSymbol &S) {
  42   // Undefined symbols are always extern.
  43   if (S.isUndefined())
  44     return true;
  45
  46   // References to weak definitions require external relocation entries; the
  47   // definition may not always be the one in the same object file.
  48   if (cast<MCSymbolMachO>(S).isWeakDefinition())
  49     return true;
  50
  51   // Otherwise, we can use an internal relocation.
  52   return false;
  53 }
  54
  55 bool MachObjectWriter::
  56 MachSymbolData::operator<(const MachSymbolData &RHS) const {
  57   return Symbol->getName() < RHS.Symbol->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 MCSymbol &S,
  74                                             const MCAsmLayout &Layout) const {
  75   // If this is a variable, then recursively evaluate now.
  76   if (S.isVariable()) {
  77     if (const MCConstantExpr *C =
  78           dyn_cast<const MCConstantExpr>(S.getVariableValue()))
  79       return C->getValue();
  80
  81
  82     MCValue Target;
  83     if (!S.getVariableValue()->evaluateAsRelocatable(Target, &Layout, nullptr))
  84       report_fatal_error("unable to evaluate offset for variable '" +
  85                          S.getName() + "'");
  86
  87     // Verify that any used symbols are defined.
  88     if (Target.getSymA() && Target.getSymA()->getSymbol().isUndefined())
  89       report_fatal_error("unable to evaluate offset to undefined symbol '" +
  90                          Target.getSymA()->getSymbol().getName() + "'");
  91     if (Target.getSymB() && Target.getSymB()->getSymbol().isUndefined())
  92       report_fatal_error("unable to evaluate offset to undefined symbol '" +
  93                          Target.getSymB()->getSymbol().getName() + "'");
  94
  95     uint64_t Address = Target.getConstant();
  96     if (Target.getSymA())
  97       Address += getSymbolAddress(Target.getSymA()->getSymbol(), Layout);
  98     if (Target.getSymB())
  99       Address += getSymbolAddress(Target.getSymB()->getSymbol(), Layout);
 100     return Address;
 101   }
 102
 103   return getSectionAddress(S.getFragment()->getParent()) +
 104          Layout.getSymbolOffset(S);
 105 }
 106
 107 uint64_t MachObjectWriter::getPaddingSize(const MCSection *Sec,
 108                                           const MCAsmLayout &Layout) const {
 109   uint64_t EndAddr = getSectionAddress(Sec) + Layout.getSectionAddressSize(Sec);
 110   unsigned Next = Sec->getLayoutOrder() + 1;
 111   if (Next >= Layout.getSectionOrder().size())
 112     return 0;
 113
 114   const MCSection &NextSec = *Layout.getSectionOrder()[Next];
 115   if (NextSec.isVirtualSection())
 116     return 0;
 117   return OffsetToAlignment(EndAddr, NextSec.getAlignment());
 118 }
 119
 120 void MachObjectWriter::writeHeader(unsigned NumLoadCommands,
 121                                    unsigned LoadCommandsSize,
 122                                    bool SubsectionsViaSymbols) {
 123   uint32_t Flags = 0;
 124
 125   if (SubsectionsViaSymbols)
 126     Flags |= MachO::MH_SUBSECTIONS_VIA_SYMBOLS;
 127
 128   // struct mach_header (28 bytes) or
 129   // struct mach_header_64 (32 bytes)
 130
 131   uint64_t Start = OS.tell();
 132   (void) Start;
 133
 134   write32(is64Bit() ? MachO::MH_MAGIC_64 : MachO::MH_MAGIC);
 135
 136   write32(TargetObjectWriter->getCPUType());
 137   write32(TargetObjectWriter->getCPUSubtype());
 138
 139   write32(MachO::MH_OBJECT);
 140   write32(NumLoadCommands);
 141   write32(LoadCommandsSize);
 142   write32(Flags);
 143   if (is64Bit())
 144     write32(0); // reserved
 145
 146   assert(OS.tell() - Start ==
 147          (is64Bit()?sizeof(MachO::mach_header_64): sizeof(MachO::mach_header)));
 148 }
 149
 150 /// writeSegmentLoadCommand - Write a segment load command.
 151 ///
 152 /// \param NumSections The number of sections in this segment.
 153 /// \param SectionDataSize The total size of the sections.
 154 void MachObjectWriter::writeSegmentLoadCommand(unsigned NumSections,
 155                                                uint64_t VMSize,
 156                                                uint64_t SectionDataStartOffset,
 157                                                uint64_t SectionDataSize) {
 158   // struct segment_command (56 bytes) or
 159   // struct segment_command_64 (72 bytes)
 160
 161   uint64_t Start = OS.tell();
 162   (void) Start;
 163
 164   unsigned SegmentLoadCommandSize =
 165     is64Bit() ? sizeof(MachO::segment_command_64):
 166     sizeof(MachO::segment_command);
 167   write32(is64Bit() ? MachO::LC_SEGMENT_64 : MachO::LC_SEGMENT);
 168   write32(SegmentLoadCommandSize +
 169           NumSections * (is64Bit() ? sizeof(MachO::section_64) :
 170                          sizeof(MachO::section)));
 171
 172   writeBytes("", 16);
 173   if (is64Bit()) {
 174     write64(0); // vmaddr
 175     write64(VMSize); // vmsize
 176     write64(SectionDataStartOffset); // file offset
 177     write64(SectionDataSize); // file size
 178   } else {
 179     write32(0); // vmaddr
 180     write32(VMSize); // vmsize
 181     write32(SectionDataStartOffset); // file offset
 182     write32(SectionDataSize); // file size
 183   }
 184   // maxprot
 185   write32(MachO::VM_PROT_READ | MachO::VM_PROT_WRITE | MachO::VM_PROT_EXECUTE);
 186   // initprot
 187   write32(MachO::VM_PROT_READ | MachO::VM_PROT_WRITE | MachO::VM_PROT_EXECUTE);
 188   write32(NumSections);
 189   write32(0); // flags
 190
 191   assert(OS.tell() - Start == SegmentLoadCommandSize);
 192 }
 193
 194 void MachObjectWriter::writeSection(const MCAssembler &Asm,
 195                                     const MCAsmLayout &Layout,
 196                                     const MCSection &Sec, uint64_t FileOffset,
 197                                     uint64_t RelocationsStart,
 198                                     unsigned NumRelocations) {
 199   uint64_t SectionSize = Layout.getSectionAddressSize(&Sec);
 200   const MCSectionMachO &Section = cast<MCSectionMachO>(Sec);
 201
 202   // The offset is unused for virtual sections.
 203   if (Section.isVirtualSection()) {
 204     assert(Layout.getSectionFileSize(&Sec) == 0 && "Invalid file size!");
 205     FileOffset = 0;
 206   }
 207
 208   // struct section (68 bytes) or
 209   // struct section_64 (80 bytes)
 210
 211   uint64_t Start = OS.tell();
 212   (void) Start;
 213
 214   writeBytes(Section.getSectionName(), 16);
 215   writeBytes(Section.getSegmentName(), 16);
 216   if (is64Bit()) {
 217     write64(getSectionAddress(&Sec)); // address
 218     write64(SectionSize); // size
 219   } else {
 220     write32(getSectionAddress(&Sec)); // address
 221     write32(SectionSize); // size
 222   }
 223   write32(FileOffset);
 224
 225   unsigned Flags = Section.getTypeAndAttributes();
 226   if (Section.hasInstructions())
 227     Flags |= MachO::S_ATTR_SOME_INSTRUCTIONS;
 228
 229   assert(isPowerOf2_32(Section.getAlignment()) && "Invalid alignment!");
 230   write32(Log2_32(Section.getAlignment()));
 231   write32(NumRelocations ? RelocationsStart : 0);
 232   write32(NumRelocations);
 233   write32(Flags);
 234   write32(IndirectSymBase.lookup(&Sec)); // reserved1
 235   write32(Section.getStubSize()); // reserved2
 236   if (is64Bit())
 237     write32(0); // reserved3
 238
 239   assert(OS.tell() - Start == (is64Bit() ? sizeof(MachO::section_64) :
 240                                sizeof(MachO::section)));
 241 }
 242
 243 void MachObjectWriter::writeSymtabLoadCommand(uint32_t SymbolOffset,
 244                                               uint32_t NumSymbols,
 245                                               uint32_t StringTableOffset,
 246                                               uint32_t StringTableSize) {
 247   // struct symtab_command (24 bytes)
 248
 249   uint64_t Start = OS.tell();
 250   (void) Start;
 251
 252   write32(MachO::LC_SYMTAB);
 253   write32(sizeof(MachO::symtab_command));
 254   write32(SymbolOffset);
 255   write32(NumSymbols);
 256   write32(StringTableOffset);
 257   write32(StringTableSize);
 258
 259   assert(OS.tell() - Start == sizeof(MachO::symtab_command));
 260 }
 261
 262 void MachObjectWriter::writeDysymtabLoadCommand(uint32_t FirstLocalSymbol,
 263                                                 uint32_t NumLocalSymbols,
 264                                                 uint32_t FirstExternalSymbol,
 265                                                 uint32_t NumExternalSymbols,
 266                                                 uint32_t FirstUndefinedSymbol,
 267                                                 uint32_t NumUndefinedSymbols,
 268                                                 uint32_t IndirectSymbolOffset,
 269                                                 uint32_t NumIndirectSymbols) {
 270   // struct dysymtab_command (80 bytes)
 271
 272   uint64_t Start = OS.tell();
 273   (void) Start;
 274
 275   write32(MachO::LC_DYSYMTAB);
 276   write32(sizeof(MachO::dysymtab_command));
 277   write32(FirstLocalSymbol);
 278   write32(NumLocalSymbols);
 279   write32(FirstExternalSymbol);
 280   write32(NumExternalSymbols);
 281   write32(FirstUndefinedSymbol);
 282   write32(NumUndefinedSymbols);
 283   write32(0); // tocoff
 284   write32(0); // ntoc
 285   write32(0); // modtaboff
 286   write32(0); // nmodtab
 287   write32(0); // extrefsymoff
 288   write32(0); // nextrefsyms
 289   write32(IndirectSymbolOffset);
 290   write32(NumIndirectSymbols);
 291   write32(0); // extreloff
 292   write32(0); // nextrel
 293   write32(0); // locreloff
 294   write32(0); // nlocrel
 295
 296   assert(OS.tell() - Start == sizeof(MachO::dysymtab_command));
 297 }
 298
 299 MachObjectWriter::MachSymbolData *
 300 MachObjectWriter::findSymbolData(const MCSymbol &Sym) {
 301   for (auto *SymbolData :
 302        {&LocalSymbolData, &ExternalSymbolData, &UndefinedSymbolData})
 303     for (MachSymbolData &Entry : *SymbolData)
 304       if (Entry.Symbol == &Sym)
 305         return &Entry;
 306
 307   return nullptr;
 308 }
 309
 310 const MCSymbol &MachObjectWriter::findAliasedSymbol(const MCSymbol &Sym) const {
 311   const MCSymbol *S = &Sym;
 312   while (S->isVariable()) {
 313     const MCExpr *Value = S->getVariableValue();
 314     const auto *Ref = dyn_cast<MCSymbolRefExpr>(Value);
 315     if (!Ref)
 316       return *S;
 317     S = &Ref->getSymbol();
 318   }
 319   return *S;
 320 }
 321
 322 void MachObjectWriter::writeNlist(MachSymbolData &MSD,
 323                                   const MCAsmLayout &Layout) {
 324   const MCSymbol *Symbol = MSD.Symbol;
 325   const MCSymbol &Data = *Symbol;
 326   const MCSymbol *AliasedSymbol = &findAliasedSymbol(*Symbol);
 327   uint8_t SectionIndex = MSD.SectionIndex;
 328   uint8_t Type = 0;
 329   uint64_t Address = 0;
 330   bool IsAlias = Symbol != AliasedSymbol;
 331
 332   const MCSymbol &OrigSymbol = *Symbol;
 333   MachSymbolData *AliaseeInfo;
 334   if (IsAlias) {
 335     AliaseeInfo = findSymbolData(*AliasedSymbol);
 336     if (AliaseeInfo)
 337       SectionIndex = AliaseeInfo->SectionIndex;
 338     Symbol = AliasedSymbol;
 339     // FIXME: Should this update Data as well?  Do we need OrigSymbol at all?
 340   }
 341
 342   // Set the N_TYPE bits. See <mach-o/nlist.h>.
 343   //
 344   // FIXME: Are the prebound or indirect fields possible here?
 345   if (IsAlias && Symbol->isUndefined())
 346     Type = MachO::N_INDR;
 347   else if (Symbol->isUndefined())
 348     Type = MachO::N_UNDF;
 349   else if (Symbol->isAbsolute())
 350     Type = MachO::N_ABS;
 351   else
 352     Type = MachO::N_SECT;
 353
 354   // FIXME: Set STAB bits.
 355
 356   if (Data.isPrivateExtern())
 357     Type |= MachO::N_PEXT;
 358
 359   // Set external bit.
 360   if (Data.isExternal() || (!IsAlias && Symbol->isUndefined()))
 361     Type |= MachO::N_EXT;
 362
 363   // Compute the symbol address.
 364   if (IsAlias && Symbol->isUndefined())
 365     Address = AliaseeInfo->StringIndex;
 366   else if (Symbol->isDefined())
 367     Address = getSymbolAddress(OrigSymbol, Layout);
 368   else if (Symbol->isCommon()) {
 369     // Common symbols are encoded with the size in the address
 370     // field, and their alignment in the flags.
 371     Address = Symbol->getCommonSize();
 372   }
 373
 374   // struct nlist (12 bytes)
 375
 376   write32(MSD.StringIndex);
 377   write8(Type);
 378   write8(SectionIndex);
 379
 380   // The Mach-O streamer uses the lowest 16-bits of the flags for the 'desc'
 381   // value.
 382   write16(cast<MCSymbolMachO>(Symbol)->getEncodedFlags());
 383   if (is64Bit())
 384     write64(Address);
 385   else
 386     write32(Address);
 387 }
 388
 389 void MachObjectWriter::writeLinkeditLoadCommand(uint32_t Type,
 390                                                 uint32_t DataOffset,
 391                                                 uint32_t DataSize) {
 392   uint64_t Start = OS.tell();
 393   (void) Start;
 394
 395   write32(Type);
 396   write32(sizeof(MachO::linkedit_data_command));
 397   write32(DataOffset);
 398   write32(DataSize);
 399
 400   assert(OS.tell() - Start == sizeof(MachO::linkedit_data_command));
 401 }
 402
 403 static unsigned ComputeLinkerOptionsLoadCommandSize(
 404   const std::vector<std::string> &Options, bool is64Bit)
 405 {
 406   unsigned Size = sizeof(MachO::linker_option_command);
 407   for (const std::string &Option : Options)
 408     Size += Option.size() + 1;
 409   return RoundUpToAlignment(Size, is64Bit ? 8 : 4);
 410 }
 411
 412 void MachObjectWriter::writeLinkerOptionsLoadCommand(
 413   const std::vector<std::string> &Options)
 414 {
 415   unsigned Size = ComputeLinkerOptionsLoadCommandSize(Options, is64Bit());
 416   uint64_t Start = OS.tell();
 417   (void) Start;
 418
 419   write32(MachO::LC_LINKER_OPTION);
 420   write32(Size);
 421   write32(Options.size());
 422   uint64_t BytesWritten = sizeof(MachO::linker_option_command);
 423   for (const std::string &Option : Options) {
 424     // Write each string, including the null byte.
 425     writeBytes(Option.c_str(), Option.size() + 1);
 426     BytesWritten += Option.size() + 1;
 427   }
 428
 429   // Pad to a multiple of the pointer size.
 430   writeBytes("", OffsetToAlignment(BytesWritten, is64Bit() ? 8 : 4));
 431
 432   assert(OS.tell() - Start == Size);
 433 }
 434
 435 void MachObjectWriter::recordRelocation(MCAssembler &Asm,
 436                                         const MCAsmLayout &Layout,
 437                                         const MCFragment *Fragment,
 438                                         const MCFixup &Fixup, MCValue Target,
 439                                         bool &IsPCRel, uint64_t &FixedValue) {
 440   TargetObjectWriter->recordRelocation(this, Asm, Layout, Fragment, Fixup,
 441                                        Target, FixedValue);
 442 }
 443
 444 void MachObjectWriter::bindIndirectSymbols(MCAssembler &Asm) {
 445   // This is the point where 'as' creates actual symbols for indirect symbols
 446   // (in the following two passes). It would be easier for us to do this sooner
 447   // when we see the attribute, but that makes getting the order in the symbol
 448   // table much more complicated than it is worth.
 449   //
 450   // FIXME: Revisit this when the dust settles.
 451
 452   // Report errors for use of .indirect_symbol not in a symbol pointer section
 453   // or stub section.
 454   for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 455          ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it) {
 456     const MCSectionMachO &Section = cast<MCSectionMachO>(*it->Section);
 457
 458     if (Section.getType() != MachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS &&
 459         Section.getType() != MachO::S_LAZY_SYMBOL_POINTERS &&
 460         Section.getType() != MachO::S_SYMBOL_STUBS) {
 461         MCSymbol &Symbol = *it->Symbol;
 462         report_fatal_error("indirect symbol '" + Symbol.getName() +
 463                            "' not in a symbol pointer or stub section");
 464     }
 465   }
 466
 467   // Bind non-lazy symbol pointers first.
 468   unsigned IndirectIndex = 0;
 469   for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 470          ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it, ++IndirectIndex) {
 471     const MCSectionMachO &Section = cast<MCSectionMachO>(*it->Section);
 472
 473     if (Section.getType() != MachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS)
 474       continue;
 475
 476     // Initialize the section indirect symbol base, if necessary.
 477     IndirectSymBase.insert(std::make_pair(it->Section, IndirectIndex));
 478
 479     Asm.registerSymbol(*it->Symbol);
 480   }
 481
 482   // Then lazy symbol pointers and symbol stubs.
 483   IndirectIndex = 0;
 484   for (MCAssembler::indirect_symbol_iterator it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 485          ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it, ++IndirectIndex) {
 486     const MCSectionMachO &Section = cast<MCSectionMachO>(*it->Section);
 487
 488     if (Section.getType() != MachO::S_LAZY_SYMBOL_POINTERS &&
 489         Section.getType() != MachO::S_SYMBOL_STUBS)
 490       continue;
 491
 492     // Initialize the section indirect symbol base, if necessary.
 493     IndirectSymBase.insert(std::make_pair(it->Section, IndirectIndex));
 494
 495     // Set the symbol type to undefined lazy, but only on construction.
 496     //
 497     // FIXME: Do not hardcode.
 498     bool Created;
 499     Asm.registerSymbol(*it->Symbol, &Created);
 500     if (Created)
 501       cast<MCSymbolMachO>(it->Symbol)->setReferenceTypeUndefinedLazy(true);
 502   }
 503 }
 504
 505 /// computeSymbolTable - Compute the symbol table data
 506 void MachObjectWriter::computeSymbolTable(
 507     MCAssembler &Asm, std::vector<MachSymbolData> &LocalSymbolData,
 508     std::vector<MachSymbolData> &ExternalSymbolData,
 509     std::vector<MachSymbolData> &UndefinedSymbolData) {
 510   // Build section lookup table.
 511   DenseMap<const MCSection*, uint8_t> SectionIndexMap;
 512   unsigned Index = 1;
 513   for (MCAssembler::iterator it = Asm.begin(),
 514          ie = Asm.end(); it != ie; ++it, ++Index)
 515     SectionIndexMap[&*it] = Index;
 516   assert(Index <= 256 && "Too many sections!");
 517
 518   // Build the string table.
 519   for (const MCSymbol &Symbol : Asm.symbols()) {
 520     if (!Asm.isSymbolLinkerVisible(Symbol))
 521       continue;
 522
 523     StringTable.add(Symbol.getName());
 524   }
 525   StringTable.finalize(StringTableBuilder::MachO);
 526
 527   // Build the symbol arrays but only for non-local symbols.
 528   //
 529   // The particular order that we collect and then sort the symbols is chosen to
 530   // match 'as'. Even though it doesn't matter for correctness, this is
 531   // important for letting us diff .o files.
 532   for (const MCSymbol &Symbol : Asm.symbols()) {
 533     // Ignore non-linker visible symbols.
 534     if (!Asm.isSymbolLinkerVisible(Symbol))
 535       continue;
 536
 537     if (!Symbol.isExternal() && !Symbol.isUndefined())
 538       continue;
 539
 540     MachSymbolData MSD;
 541     MSD.Symbol = &Symbol;
 542     MSD.StringIndex = StringTable.getOffset(Symbol.getName());
 543
 544     if (Symbol.isUndefined()) {
 545       MSD.SectionIndex = 0;
 546       UndefinedSymbolData.push_back(MSD);
 547     } else if (Symbol.isAbsolute()) {
 548       MSD.SectionIndex = 0;
 549       ExternalSymbolData.push_back(MSD);
 550     } else {
 551       MSD.SectionIndex = SectionIndexMap.lookup(&Symbol.getSection());
 552       assert(MSD.SectionIndex && "Invalid section index!");
 553       ExternalSymbolData.push_back(MSD);
 554     }
 555   }
 556
 557   // Now add the data for local symbols.
 558   for (const MCSymbol &Symbol : Asm.symbols()) {
 559     // Ignore non-linker visible symbols.
 560     if (!Asm.isSymbolLinkerVisible(Symbol))
 561       continue;
 562
 563     if (Symbol.isExternal() || Symbol.isUndefined())
 564       continue;
 565
 566     MachSymbolData MSD;
 567     MSD.Symbol = &Symbol;
 568     MSD.StringIndex = StringTable.getOffset(Symbol.getName());
 569
 570     if (Symbol.isAbsolute()) {
 571       MSD.SectionIndex = 0;
 572       LocalSymbolData.push_back(MSD);
 573     } else {
 574       MSD.SectionIndex = SectionIndexMap.lookup(&Symbol.getSection());
 575       assert(MSD.SectionIndex && "Invalid section index!");
 576       LocalSymbolData.push_back(MSD);
 577     }
 578   }
 579
 580   // External and undefined symbols are required to be in lexicographic order.
 581   std::sort(ExternalSymbolData.begin(), ExternalSymbolData.end());
 582   std::sort(UndefinedSymbolData.begin(), UndefinedSymbolData.end());
 583
 584   // Set the symbol indices.
 585   Index = 0;
 586   for (auto *SymbolData :
 587        {&LocalSymbolData, &ExternalSymbolData, &UndefinedSymbolData})
 588     for (MachSymbolData &Entry : *SymbolData)
 589       Entry.Symbol->setIndex(Index++);
 590
 591   for (const MCSection &Section : Asm) {
 592     for (RelAndSymbol &Rel : Relocations[&Section]) {
 593       if (!Rel.Sym)
 594         continue;
 595
 596       // Set the Index and the IsExtern bit.
 597       unsigned Index = Rel.Sym->getIndex();
 598       assert(isInt<24>(Index));
 599       if (IsLittleEndian)
 600         Rel.MRE.r_word1 = (Rel.MRE.r_word1 & (~0U << 24)) | Index | (1 << 27);
 601       else
 602         Rel.MRE.r_word1 = (Rel.MRE.r_word1 & 0xff) | Index << 8 | (1 << 4);
 603     }
 604   }
 605 }
 606
 607 void MachObjectWriter::computeSectionAddresses(const MCAssembler &Asm,
 608                                                const MCAsmLayout &Layout) {
 609   uint64_t StartAddress = 0;
 610   for (const MCSection *Sec : Layout.getSectionOrder()) {
 611     StartAddress = RoundUpToAlignment(StartAddress, Sec->getAlignment());
 612     SectionAddress[Sec] = StartAddress;
 613     StartAddress += Layout.getSectionAddressSize(Sec);
 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(Sec, Layout);
 619   }
 620 }
 621
 622 void MachObjectWriter::executePostLayoutBinding(MCAssembler &Asm,
 623                                                 const MCAsmLayout &Layout) {
 624   computeSectionAddresses(Asm, Layout);
 625
 626   // Create symbol data for any indirect symbols.
 627   bindIndirectSymbols(Asm);
 628 }
 629
 630 bool MachObjectWriter::isSymbolRefDifferenceFullyResolvedImpl(
 631     const MCAssembler &Asm, const MCSymbol &SymA, const MCFragment &FB,
 632     bool InSet, bool IsPCRel) const {
 633   if (InSet)
 634     return true;
 635
 636   // The effective address is
 637   //     addr(atom(A)) + offset(A)
 638   //   - addr(atom(B)) - offset(B)
 639   // and the offsets are not relocatable, so the fixup is fully resolved when
 640   //  addr(atom(A)) - addr(atom(B)) == 0.
 641   const MCSymbol &SA = findAliasedSymbol(SymA);
 642   const MCSection &SecA = SA.getSection();
 643   const MCSection &SecB = *FB.getParent();
 644
 645   if (IsPCRel) {
 646     // The simple (Darwin, except on x86_64) way of dealing with this was to
 647     // assume that any reference to a temporary symbol *must* be a temporary
 648     // symbol in the same atom, unless the sections differ. Therefore, any PCrel
 649     // relocation to a temporary symbol (in the same section) is fully
 650     // resolved. This also works in conjunction with absolutized .set, which
 651     // requires the compiler to use .set to absolutize the differences between
 652     // symbols which the compiler knows to be assembly time constants, so we
 653     // don't need to worry about considering symbol differences fully resolved.
 654     //
 655     // If the file isn't using sub-sections-via-symbols, we can make the
 656     // same assumptions about any symbol that we normally make about
 657     // assembler locals.
 658
 659     bool hasReliableSymbolDifference = isX86_64();
 660     if (!hasReliableSymbolDifference) {
 661       if (!SA.isInSection() || &SecA != &SecB ||
 662           (!SA.isTemporary() && FB.getAtom() != SA.getFragment()->getAtom() &&
 663            Asm.getSubsectionsViaSymbols()))
 664         return false;
 665       return true;
 666     }
 667     // For Darwin x86_64, there is one special case when the reference IsPCRel.
 668     // If the fragment with the reference does not have a base symbol but meets
 669     // the simple way of dealing with this, in that it is a temporary symbol in
 670     // the same atom then it is assumed to be fully resolved.  This is needed so
 671     // a relocation entry is not created and so the static linker does not
 672     // mess up the reference later.
 673     else if(!FB.getAtom() &&
 674             SA.isTemporary() && SA.isInSection() && &SecA == &SecB){
 675       return true;
 676     }
 677   }
 678
 679   // If they are not in the same section, we can't compute the diff.
 680   if (&SecA != &SecB)
 681     return false;
 682
 683   const MCFragment *FA = SA.getFragment();
 684
 685   // Bail if the symbol has no fragment.
 686   if (!FA)
 687     return false;
 688
 689   // If the atoms are the same, they are guaranteed to have the same address.
 690   if (FA->getAtom() == FB.getAtom())
 691     return true;
 692
 693   // Otherwise, we can't prove this is fully resolved.
 694   return false;
 695 }
 696
 697 void MachObjectWriter::writeObject(MCAssembler &Asm,
 698                                    const MCAsmLayout &Layout) {
 699   // Compute symbol table information and bind symbol indices.
 700   computeSymbolTable(Asm, LocalSymbolData, ExternalSymbolData,
 701                      UndefinedSymbolData);
 702
 703   unsigned NumSections = Asm.size();
 704   const MCAssembler::VersionMinInfoType &VersionInfo =
 705     Layout.getAssembler().getVersionMinInfo();
 706
 707   // The section data starts after the header, the segment load command (and
 708   // section headers) and the symbol table.
 709   unsigned NumLoadCommands = 1;
 710   uint64_t LoadCommandsSize = is64Bit() ?
 711     sizeof(MachO::segment_command_64) + NumSections * sizeof(MachO::section_64):
 712     sizeof(MachO::segment_command) + NumSections * sizeof(MachO::section);
 713
 714   // Add the deployment target version info load command size, if used.
 715   if (VersionInfo.Major != 0) {
 716     ++NumLoadCommands;
 717     LoadCommandsSize += sizeof(MachO::version_min_command);
 718   }
 719
 720   // Add the data-in-code load command size, if used.
 721   unsigned NumDataRegions = Asm.getDataRegions().size();
 722   if (NumDataRegions) {
 723     ++NumLoadCommands;
 724     LoadCommandsSize += sizeof(MachO::linkedit_data_command);
 725   }
 726
 727   // Add the loh load command size, if used.
 728   uint64_t LOHRawSize = Asm.getLOHContainer().getEmitSize(*this, Layout);
 729   uint64_t LOHSize = RoundUpToAlignment(LOHRawSize, is64Bit() ? 8 : 4);
 730   if (LOHSize) {
 731     ++NumLoadCommands;
 732     LoadCommandsSize += sizeof(MachO::linkedit_data_command);
 733   }
 734
 735   // Add the symbol table load command sizes, if used.
 736   unsigned NumSymbols = LocalSymbolData.size() + ExternalSymbolData.size() +
 737     UndefinedSymbolData.size();
 738   if (NumSymbols) {
 739     NumLoadCommands += 2;
 740     LoadCommandsSize += (sizeof(MachO::symtab_command) +
 741                          sizeof(MachO::dysymtab_command));
 742   }
 743
 744   // Add the linker option load commands sizes.
 745   for (const auto &Option : Asm.getLinkerOptions()) {
 746     ++NumLoadCommands;
 747     LoadCommandsSize += ComputeLinkerOptionsLoadCommandSize(Option, is64Bit());
 748   }
 749
 750   // Compute the total size of the section data, as well as its file size and vm
 751   // size.
 752   uint64_t SectionDataStart = (is64Bit() ? sizeof(MachO::mach_header_64) :
 753                                sizeof(MachO::mach_header)) + LoadCommandsSize;
 754   uint64_t SectionDataSize = 0;
 755   uint64_t SectionDataFileSize = 0;
 756   uint64_t VMSize = 0;
 757   for (const MCSection &Sec : Asm) {
 758     uint64_t Address = getSectionAddress(&Sec);
 759     uint64_t Size = Layout.getSectionAddressSize(&Sec);
 760     uint64_t FileSize = Layout.getSectionFileSize(&Sec);
 761     FileSize += getPaddingSize(&Sec, Layout);
 762
 763     VMSize = std::max(VMSize, Address + Size);
 764
 765     if (Sec.isVirtualSection())
 766       continue;
 767
 768     SectionDataSize = std::max(SectionDataSize, Address + Size);
 769     SectionDataFileSize = std::max(SectionDataFileSize, Address + FileSize);
 770   }
 771
 772   // The section data is padded to 4 bytes.
 773   //
 774   // FIXME: Is this machine dependent?
 775   unsigned SectionDataPadding = OffsetToAlignment(SectionDataFileSize, 4);
 776   SectionDataFileSize += SectionDataPadding;
 777
 778   // Write the prolog, starting with the header and load command...
 779   writeHeader(NumLoadCommands, LoadCommandsSize,
 780               Asm.getSubsectionsViaSymbols());
 781   writeSegmentLoadCommand(NumSections, VMSize,
 782                           SectionDataStart, SectionDataSize);
 783
 784   // ... and then the section headers.
 785   uint64_t RelocTableEnd = SectionDataStart + SectionDataFileSize;
 786   for (const MCSection &Sec : Asm) {
 787     std::vector<RelAndSymbol> &Relocs = Relocations[&Sec];
 788     unsigned NumRelocs = Relocs.size();
 789     uint64_t SectionStart = SectionDataStart + getSectionAddress(&Sec);
 790     writeSection(Asm, Layout, Sec, SectionStart, RelocTableEnd, NumRelocs);
 791     RelocTableEnd += NumRelocs * sizeof(MachO::any_relocation_info);
 792   }
 793
 794   // Write out the deployment target information, if it's available.
 795   if (VersionInfo.Major != 0) {
 796     assert(VersionInfo.Update < 256 && "unencodable update target version");
 797     assert(VersionInfo.Minor < 256 && "unencodable minor target version");
 798     assert(VersionInfo.Major < 65536 && "unencodable major target version");
 799     uint32_t EncodedVersion = VersionInfo.Update | (VersionInfo.Minor << 8) |
 800       (VersionInfo.Major << 16);
 801     write32(VersionInfo.Kind == MCVM_OSXVersionMin ? MachO::LC_VERSION_MIN_MACOSX :
 802             MachO::LC_VERSION_MIN_IPHONEOS);
 803     write32(sizeof(MachO::version_min_command));
 804     write32(EncodedVersion);
 805     write32(0);         // reserved.
 806   }
 807
 808   // Write the data-in-code load command, if used.
 809   uint64_t DataInCodeTableEnd = RelocTableEnd + NumDataRegions * 8;
 810   if (NumDataRegions) {
 811     uint64_t DataRegionsOffset = RelocTableEnd;
 812     uint64_t DataRegionsSize = NumDataRegions * 8;
 813     writeLinkeditLoadCommand(MachO::LC_DATA_IN_CODE, DataRegionsOffset,
 814                              DataRegionsSize);
 815   }
 816
 817   // Write the loh load command, if used.
 818   uint64_t LOHTableEnd = DataInCodeTableEnd + LOHSize;
 819   if (LOHSize)
 820     writeLinkeditLoadCommand(MachO::LC_LINKER_OPTIMIZATION_HINT,
 821                              DataInCodeTableEnd, LOHSize);
 822
 823   // Write the symbol table load command, if used.
 824   if (NumSymbols) {
 825     unsigned FirstLocalSymbol = 0;
 826     unsigned NumLocalSymbols = LocalSymbolData.size();
 827     unsigned FirstExternalSymbol = FirstLocalSymbol + NumLocalSymbols;
 828     unsigned NumExternalSymbols = ExternalSymbolData.size();
 829     unsigned FirstUndefinedSymbol = FirstExternalSymbol + NumExternalSymbols;
 830     unsigned NumUndefinedSymbols = UndefinedSymbolData.size();
 831     unsigned NumIndirectSymbols = Asm.indirect_symbol_size();
 832     unsigned NumSymTabSymbols =
 833       NumLocalSymbols + NumExternalSymbols + NumUndefinedSymbols;
 834     uint64_t IndirectSymbolSize = NumIndirectSymbols * 4;
 835     uint64_t IndirectSymbolOffset = 0;
 836
 837     // If used, the indirect symbols are written after the section data.
 838     if (NumIndirectSymbols)
 839       IndirectSymbolOffset = LOHTableEnd;
 840
 841     // The symbol table is written after the indirect symbol data.
 842     uint64_t SymbolTableOffset = LOHTableEnd + IndirectSymbolSize;
 843
 844     // The string table is written after symbol table.
 845     uint64_t StringTableOffset =
 846       SymbolTableOffset + NumSymTabSymbols * (is64Bit() ?
 847                                               sizeof(MachO::nlist_64) :
 848                                               sizeof(MachO::nlist));
 849     writeSymtabLoadCommand(SymbolTableOffset, NumSymTabSymbols,
 850                            StringTableOffset, StringTable.data().size());
 851
 852     writeDysymtabLoadCommand(FirstLocalSymbol, NumLocalSymbols,
 853                              FirstExternalSymbol, NumExternalSymbols,
 854                              FirstUndefinedSymbol, NumUndefinedSymbols,
 855                              IndirectSymbolOffset, NumIndirectSymbols);
 856   }
 857
 858   // Write the linker options load commands.
 859   for (const auto &Option : Asm.getLinkerOptions())
 860     writeLinkerOptionsLoadCommand(Option);
 861
 862   // Write the actual section data.
 863   for (const MCSection &Sec : Asm) {
 864     Asm.writeSectionData(&Sec, Layout);
 865
 866     uint64_t Pad = getPaddingSize(&Sec, Layout);
 867     WriteZeros(Pad);
 868   }
 869
 870   // Write the extra padding.
 871   WriteZeros(SectionDataPadding);
 872
 873   // Write the relocation entries.
 874   for (const MCSection &Sec : Asm) {
 875     // Write the section relocation entries, in reverse order to match 'as'
 876     // (approximately, the exact algorithm is more complicated than this).
 877     std::vector<RelAndSymbol> &Relocs = Relocations[&Sec];
 878     for (const RelAndSymbol &Rel : make_range(Relocs.rbegin(), Relocs.rend())) {
 879       write32(Rel.MRE.r_word0);
 880       write32(Rel.MRE.r_word1);
 881     }
 882   }
 883
 884   // Write out the data-in-code region payload, if there is one.
 885   for (MCAssembler::const_data_region_iterator
 886          it = Asm.data_region_begin(), ie = Asm.data_region_end();
 887          it != ie; ++it) {
 888     const DataRegionData *Data = &(*it);
 889     uint64_t Start = getSymbolAddress(*Data->Start, Layout);
 890     uint64_t End = getSymbolAddress(*Data->End, Layout);
 891     DEBUG(dbgs() << "data in code region-- kind: " << Data->Kind
 892                  << "  start: " << Start << "(" << Data->Start->getName() << ")"
 893                  << "  end: " << End << "(" << Data->End->getName() << ")"
 894                  << "  size: " << End - Start
 895                  << "\n");
 896     write32(Start);
 897     write16(End - Start);
 898     write16(Data->Kind);
 899   }
 900
 901   // Write out the loh commands, if there is one.
 902   if (LOHSize) {
 903 #ifndef NDEBUG
 904     unsigned Start = OS.tell();
 905 #endif
 906     Asm.getLOHContainer().emit(*this, Layout);
 907     // Pad to a multiple of the pointer size.
 908     writeBytes("", OffsetToAlignment(LOHRawSize, is64Bit() ? 8 : 4));
 909     assert(OS.tell() - Start == LOHSize);
 910   }
 911
 912   // Write the symbol table data, if used.
 913   if (NumSymbols) {
 914     // Write the indirect symbol entries.
 915     for (MCAssembler::const_indirect_symbol_iterator
 916            it = Asm.indirect_symbol_begin(),
 917            ie = Asm.indirect_symbol_end(); it != ie; ++it) {
 918       // Indirect symbols in the non-lazy symbol pointer section have some
 919       // special handling.
 920       const MCSectionMachO &Section =
 921           static_cast<const MCSectionMachO &>(*it->Section);
 922       if (Section.getType() == MachO::S_NON_LAZY_SYMBOL_POINTERS) {
 923         // If this symbol is defined and internal, mark it as such.
 924         if (it->Symbol->isDefined() && !it->Symbol->isExternal()) {
 925           uint32_t Flags = MachO::INDIRECT_SYMBOL_LOCAL;
 926           if (it->Symbol->isAbsolute())
 927             Flags |= MachO::INDIRECT_SYMBOL_ABS;
 928           write32(Flags);
 929           continue;
 930         }
 931       }
 932
 933       write32(it->Symbol->getIndex());
 934     }
 935
 936     // FIXME: Check that offsets match computed ones.
 937
 938     // Write the symbol table entries.
 939     for (auto *SymbolData :
 940          {&LocalSymbolData, &ExternalSymbolData, &UndefinedSymbolData})
 941       for (MachSymbolData &Entry : *SymbolData)
 942         writeNlist(Entry, Layout);
 943
 944     // Write the string table.
 945     OS << StringTable.data();
 946   }
 947 }
 948
 949 MCObjectWriter *llvm::createMachObjectWriter(MCMachObjectTargetWriter *MOTW,
 950                                              raw_pwrite_stream &OS,
 951                                              bool IsLittleEndian) {
 952   return new MachObjectWriter(MOTW, OS, IsLittleEndian);
 953 }