lib/MC/WinCOFFObjectWriter.cpp

   1 //===-- llvm/MC/WinCOFFObjectWriter.cpp -------------------------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file contains an implementation of a Win32 COFF object file writer.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #define DEBUG_TYPE "WinCOFFObjectWriter"
  15
  16 #include "llvm/MC/MCWinCOFFObjectWriter.h"
  17 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  18 #include "llvm/ADT/StringMap.h"
  19 #include "llvm/ADT/StringRef.h"
  20 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  21 #include "llvm/ADT/Twine.h"
  22 #include "llvm/MC/MCAsmLayout.h"
  23 #include "llvm/MC/MCAssembler.h"
  24 #include "llvm/MC/MCContext.h"
  25 #include "llvm/MC/MCExpr.h"
  26 #include "llvm/MC/MCObjectWriter.h"
  27 #include "llvm/MC/MCSection.h"
  28 #include "llvm/MC/MCSectionCOFF.h"
  29 #include "llvm/MC/MCSymbol.h"
  30 #include "llvm/MC/MCValue.h"
  31 #include "llvm/Support/COFF.h"
  32 #include "llvm/Support/Debug.h"
  33 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  34 #include "llvm/Support/TimeValue.h"
  35 #include <cstdio>
  36
  37 using namespace llvm;
  38
  39 namespace {
  40 typedef SmallString<COFF::NameSize> name;
  41
  42 enum AuxiliaryType {
  43   ATFunctionDefinition,
  44   ATbfAndefSymbol,
  45   ATWeakExternal,
  46   ATFile,
  47   ATSectionDefinition
  48 };
  49
  50 struct AuxSymbol {
  51   AuxiliaryType   AuxType;
  52   COFF::Auxiliary Aux;
  53 };
  54
  55 class COFFSymbol;
  56 class COFFSection;
  57
  58 class COFFSymbol {
  59 public:
  60   COFF::symbol Data;
  61
  62   typedef SmallVector<AuxSymbol, 1> AuxiliarySymbols;
  63
  64   name             Name;
  65   int              Index;
  66   AuxiliarySymbols Aux;
  67   COFFSymbol      *Other;
  68   COFFSection     *Section;
  69   int              Relocations;
  70
  71   MCSymbolData const *MCData;
  72
  73   COFFSymbol(StringRef name);
  74   size_t size() const;
  75   void set_name_offset(uint32_t Offset);
  76
  77   bool should_keep() const;
  78 };
  79
  80 // This class contains staging data for a COFF relocation entry.
  81 struct COFFRelocation {
  82   COFF::relocation Data;
  83   COFFSymbol          *Symb;
  84
  85   COFFRelocation() : Symb(nullptr) {}
  86   static size_t size() { return COFF::RelocationSize; }
  87 };
  88
  89 typedef std::vector<COFFRelocation> relocations;
  90
  91 class COFFSection {
  92 public:
  93   COFF::section Header;
  94
  95   std::string          Name;
  96   int                  Number;
  97   MCSectionData const *MCData;
  98   COFFSymbol          *Symbol;
  99   relocations          Relocations;
 100
 101   COFFSection(StringRef name);
 102   static size_t size();
 103 };
 104
 105 // This class holds the COFF string table.
 106 class StringTable {
 107   typedef StringMap<size_t> map;
 108   map Map;
 109
 110   void update_length();
 111 public:
 112   std::vector<char> Data;
 113
 114   StringTable();
 115   size_t size() const;
 116   size_t insert(StringRef String);
 117 };
 118
 119 class WinCOFFObjectWriter : public MCObjectWriter {
 120 public:
 121
 122   typedef std::vector<std::unique_ptr<COFFSymbol>>  symbols;
 123   typedef std::vector<std::unique_ptr<COFFSection>> sections;
 124
 125   typedef DenseMap<MCSymbol  const *, COFFSymbol *>   symbol_map;
 126   typedef DenseMap<MCSection const *, COFFSection *> section_map;
 127
 128   std::unique_ptr<MCWinCOFFObjectTargetWriter> TargetObjectWriter;
 129
 130   // Root level file contents.
 131   COFF::header Header;
 132   sections     Sections;
 133   symbols      Symbols;
 134   StringTable  Strings;
 135
 136   // Maps used during object file creation.
 137   section_map SectionMap;
 138   symbol_map  SymbolMap;
 139
 140   WinCOFFObjectWriter(MCWinCOFFObjectTargetWriter *MOTW, raw_ostream &OS);
 141
 142   COFFSymbol *createSymbol(StringRef Name);
 143   COFFSymbol *GetOrCreateCOFFSymbol(const MCSymbol * Symbol);
 144   COFFSection *createSection(StringRef Name);
 145
 146   template <typename object_t, typename list_t>
 147   object_t *createCOFFEntity(StringRef Name, list_t &List);
 148
 149   void DefineSection(MCSectionData const &SectionData);
 150   void DefineSymbol(MCSymbolData const &SymbolData, MCAssembler &Assembler,
 151                     const MCAsmLayout &Layout);
 152
 153   void MakeSymbolReal(COFFSymbol &S, size_t Index);
 154   void MakeSectionReal(COFFSection &S, size_t Number);
 155
 156   bool ExportSymbol(MCSymbolData const &SymbolData, MCAssembler &Asm);
 157
 158   bool IsPhysicalSection(COFFSection *S);
 159
 160   // Entity writing methods.
 161
 162   void WriteFileHeader(const COFF::header &Header);
 163   void WriteSymbol(const COFFSymbol &S);
 164   void WriteAuxiliarySymbols(const COFFSymbol::AuxiliarySymbols &S);
 165   void WriteSectionHeader(const COFF::section &S);
 166   void WriteRelocation(const COFF::relocation &R);
 167
 168   // MCObjectWriter interface implementation.
 169
 170   void ExecutePostLayoutBinding(MCAssembler &Asm,
 171                                 const MCAsmLayout &Layout) override;
 172
 173   void RecordRelocation(const MCAssembler &Asm, const MCAsmLayout &Layout,
 174                         const MCFragment *Fragment, const MCFixup &Fixup,
 175                         MCValue Target, bool &IsPCRel,
 176                         uint64_t &FixedValue) override;
 177
 178   void WriteObject(MCAssembler &Asm, const MCAsmLayout &Layout) override;
 179 };
 180 }
 181
 182 static inline void write_uint32_le(void *Data, uint32_t const &Value) {
 183   uint8_t *Ptr = reinterpret_cast<uint8_t *>(Data);
 184   Ptr[0] = (Value & 0x000000FF) >>  0;
 185   Ptr[1] = (Value & 0x0000FF00) >>  8;
 186   Ptr[2] = (Value & 0x00FF0000) >> 16;
 187   Ptr[3] = (Value & 0xFF000000) >> 24;
 188 }
 189
 190 //------------------------------------------------------------------------------
 191 // Symbol class implementation
 192
 193 COFFSymbol::COFFSymbol(StringRef name)
 194   : Name(name.begin(), name.end())
 195   , Other(nullptr)
 196   , Section(nullptr)
 197   , Relocations(0)
 198   , MCData(nullptr) {
 199   memset(&Data, 0, sizeof(Data));
 200 }
 201
 202 size_t COFFSymbol::size() const {
 203   return COFF::SymbolSize + (Data.NumberOfAuxSymbols * COFF::SymbolSize);
 204 }
 205
 206 // In the case that the name does not fit within 8 bytes, the offset
 207 // into the string table is stored in the last 4 bytes instead, leaving
 208 // the first 4 bytes as 0.
 209 void COFFSymbol::set_name_offset(uint32_t Offset) {
 210   write_uint32_le(Data.Name + 0, 0);
 211   write_uint32_le(Data.Name + 4, Offset);
 212 }
 213
 214 /// logic to decide if the symbol should be reported in the symbol table
 215 bool COFFSymbol::should_keep() const {
 216   // no section means its external, keep it
 217   if (!Section)
 218     return true;
 219
 220   // if it has relocations pointing at it, keep it
 221   if (Relocations > 0)   {
 222     assert(Section->Number != -1 && "Sections with relocations must be real!");
 223     return true;
 224   }
 225
 226   // if the section its in is being droped, drop it
 227   if (Section->Number == -1)
 228       return false;
 229
 230   // if it is the section symbol, keep it
 231   if (Section->Symbol == this)
 232     return true;
 233
 234   // if its temporary, drop it
 235   if (MCData && MCData->getSymbol().isTemporary())
 236       return false;
 237
 238   // otherwise, keep it
 239   return true;
 240 }
 241
 242 //------------------------------------------------------------------------------
 243 // Section class implementation
 244
 245 COFFSection::COFFSection(StringRef name)
 246   : Name(name)
 247   , MCData(nullptr)
 248   , Symbol(nullptr) {
 249   memset(&Header, 0, sizeof(Header));
 250 }
 251
 252 size_t COFFSection::size() {
 253   return COFF::SectionSize;
 254 }
 255
 256 //------------------------------------------------------------------------------
 257 // StringTable class implementation
 258
 259 /// Write the length of the string table into Data.
 260 /// The length of the string table includes uint32 length header.
 261 void StringTable::update_length() {
 262   write_uint32_le(&Data.front(), Data.size());
 263 }
 264
 265 StringTable::StringTable() {
 266   // The string table data begins with the length of the entire string table
 267   // including the length header. Allocate space for this header.
 268   Data.resize(4);
 269   update_length();
 270 }
 271
 272 size_t StringTable::size() const {
 273   return Data.size();
 274 }
 275
 276 /// Add String to the table iff it is not already there.
 277 /// @returns the index into the string table where the string is now located.
 278 size_t StringTable::insert(StringRef String) {
 279   map::iterator i = Map.find(String);
 280
 281   if (i != Map.end())
 282     return i->second;
 283
 284   size_t Offset = Data.size();
 285
 286   // Insert string data into string table.
 287   Data.insert(Data.end(), String.begin(), String.end());
 288   Data.push_back('\0');
 289
 290   // Put a reference to it in the map.
 291   Map[String] = Offset;
 292
 293   // Update the internal length field.
 294   update_length();
 295
 296   return Offset;
 297 }
 298
 299 //------------------------------------------------------------------------------
 300 // WinCOFFObjectWriter class implementation
 301
 302 WinCOFFObjectWriter::WinCOFFObjectWriter(MCWinCOFFObjectTargetWriter *MOTW,
 303                                          raw_ostream &OS)
 304   : MCObjectWriter(OS, true)
 305   , TargetObjectWriter(MOTW) {
 306   memset(&Header, 0, sizeof(Header));
 307
 308   Header.Machine = TargetObjectWriter->getMachine();
 309 }
 310
 311 COFFSymbol *WinCOFFObjectWriter::createSymbol(StringRef Name) {
 312   return createCOFFEntity<COFFSymbol>(Name, Symbols);
 313 }
 314
 315 COFFSymbol *WinCOFFObjectWriter::GetOrCreateCOFFSymbol(const MCSymbol * Symbol){
 316   symbol_map::iterator i = SymbolMap.find(Symbol);
 317   if (i != SymbolMap.end())
 318     return i->second;
 319   COFFSymbol *RetSymbol
 320     = createCOFFEntity<COFFSymbol>(Symbol->getName(), Symbols);
 321   SymbolMap[Symbol] = RetSymbol;
 322   return RetSymbol;
 323 }
 324
 325 COFFSection *WinCOFFObjectWriter::createSection(StringRef Name) {
 326   return createCOFFEntity<COFFSection>(Name, Sections);
 327 }
 328
 329 /// A template used to lookup or create a symbol/section, and initialize it if
 330 /// needed.
 331 template <typename object_t, typename list_t>
 332 object_t *WinCOFFObjectWriter::createCOFFEntity(StringRef Name,
 333                                                 list_t &List) {
 334   List.push_back(make_unique<object_t>(Name));
 335
 336   return List.back().get();
 337 }
 338
 339 /// This function takes a section data object from the assembler
 340 /// and creates the associated COFF section staging object.
 341 void WinCOFFObjectWriter::DefineSection(MCSectionData const &SectionData) {
 342   assert(SectionData.getSection().getVariant() == MCSection::SV_COFF
 343     && "Got non-COFF section in the COFF backend!");
 344   // FIXME: Not sure how to verify this (at least in a debug build).
 345   MCSectionCOFF const &Sec =
 346     static_cast<MCSectionCOFF const &>(SectionData.getSection());
 347
 348   COFFSection *coff_section = createSection(Sec.getSectionName());
 349   COFFSymbol  *coff_symbol = createSymbol(Sec.getSectionName());
 350
 351   coff_section->Symbol = coff_symbol;
 352   coff_symbol->Section = coff_section;
 353   coff_symbol->Data.StorageClass = COFF::IMAGE_SYM_CLASS_STATIC;
 354
 355   // In this case the auxiliary symbol is a Section Definition.
 356   coff_symbol->Aux.resize(1);
 357   memset(&coff_symbol->Aux[0], 0, sizeof(coff_symbol->Aux[0]));
 358   coff_symbol->Aux[0].AuxType = ATSectionDefinition;
 359   coff_symbol->Aux[0].Aux.SectionDefinition.Selection = Sec.getSelection();
 360
 361   coff_section->Header.Characteristics = Sec.getCharacteristics();
 362
 363   uint32_t &Characteristics = coff_section->Header.Characteristics;
 364   switch (SectionData.getAlignment()) {
 365   case 1:    Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_1BYTES;    break;
 366   case 2:    Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_2BYTES;    break;
 367   case 4:    Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_4BYTES;    break;
 368   case 8:    Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_8BYTES;    break;
 369   case 16:   Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_16BYTES;   break;
 370   case 32:   Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_32BYTES;   break;
 371   case 64:   Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_64BYTES;   break;
 372   case 128:  Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_128BYTES;  break;
 373   case 256:  Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_256BYTES;  break;
 374   case 512:  Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_512BYTES;  break;
 375   case 1024: Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_1024BYTES; break;
 376   case 2048: Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_2048BYTES; break;
 377   case 4096: Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_4096BYTES; break;
 378   case 8192: Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_ALIGN_8192BYTES; break;
 379   default:
 380     llvm_unreachable("unsupported section alignment");
 381   }
 382
 383   // Bind internal COFF section to MC section.
 384   coff_section->MCData = &SectionData;
 385   SectionMap[&SectionData.getSection()] = coff_section;
 386 }
 387
 388 /// This function takes a symbol data object from the assembler
 389 /// and creates the associated COFF symbol staging object.
 390 void WinCOFFObjectWriter::DefineSymbol(MCSymbolData const &SymbolData,
 391                                        MCAssembler &Assembler,
 392                                        const MCAsmLayout &Layout) {
 393   MCSymbol const &Symbol = SymbolData.getSymbol();
 394   COFFSymbol *coff_symbol = GetOrCreateCOFFSymbol(&Symbol);
 395   SymbolMap[&Symbol] = coff_symbol;
 396
 397   if (SymbolData.getFlags() & COFF::SF_WeakExternal) {
 398     coff_symbol->Data.StorageClass = COFF::IMAGE_SYM_CLASS_WEAK_EXTERNAL;
 399
 400     if (Symbol.isVariable()) {
 401       const MCSymbolRefExpr *SymRef =
 402         dyn_cast<MCSymbolRefExpr>(Symbol.getVariableValue());
 403
 404       if (!SymRef)
 405         report_fatal_error("Weak externals may only alias symbols");
 406
 407       coff_symbol->Other = GetOrCreateCOFFSymbol(&SymRef->getSymbol());
 408     } else {
 409       std::string WeakName = std::string(".weak.")
 410                            +  Symbol.getName().str()
 411                            + ".default";
 412       COFFSymbol *WeakDefault = createSymbol(WeakName);
 413       WeakDefault->Data.SectionNumber = COFF::IMAGE_SYM_ABSOLUTE;
 414       WeakDefault->Data.StorageClass  = COFF::IMAGE_SYM_CLASS_EXTERNAL;
 415       WeakDefault->Data.Type          = 0;
 416       WeakDefault->Data.Value         = 0;
 417       coff_symbol->Other = WeakDefault;
 418     }
 419
 420     // Setup the Weak External auxiliary symbol.
 421     coff_symbol->Aux.resize(1);
 422     memset(&coff_symbol->Aux[0], 0, sizeof(coff_symbol->Aux[0]));
 423     coff_symbol->Aux[0].AuxType = ATWeakExternal;
 424     coff_symbol->Aux[0].Aux.WeakExternal.TagIndex = 0;
 425     coff_symbol->Aux[0].Aux.WeakExternal.Characteristics =
 426       COFF::IMAGE_WEAK_EXTERN_SEARCH_LIBRARY;
 427
 428     coff_symbol->MCData = &SymbolData;
 429   } else {
 430     const MCSymbolData &ResSymData =
 431       Assembler.getSymbolData(Symbol.AliasedSymbol());
 432
 433     if (Symbol.isVariable()) {
 434       int64_t Addr;
 435       if (Symbol.getVariableValue()->EvaluateAsAbsolute(Addr, Layout))
 436         coff_symbol->Data.Value = Addr;
 437     } else if (SymbolData.isExternal() && SymbolData.isCommon()) {
 438       coff_symbol->Data.Value = SymbolData.getCommonSize();
 439     }
 440
 441     coff_symbol->Data.Type         = (ResSymData.getFlags() & 0x0000FFFF) >>  0;
 442     coff_symbol->Data.StorageClass = (ResSymData.getFlags() & 0x00FF0000) >> 16;
 443
 444     // If no storage class was specified in the streamer, define it here.
 445     if (coff_symbol->Data.StorageClass == 0) {
 446       bool external = ResSymData.isExternal() || !ResSymData.Fragment;
 447
 448       coff_symbol->Data.StorageClass =
 449        external ? COFF::IMAGE_SYM_CLASS_EXTERNAL : COFF::IMAGE_SYM_CLASS_STATIC;
 450     }
 451
 452     if (Symbol.isAbsolute() || Symbol.AliasedSymbol().isVariable())
 453       coff_symbol->Data.SectionNumber = COFF::IMAGE_SYM_ABSOLUTE;
 454     else if (ResSymData.Fragment)
 455       coff_symbol->Section =
 456         SectionMap[&ResSymData.Fragment->getParent()->getSection()];
 457
 458     coff_symbol->MCData = &ResSymData;
 459   }
 460 }
 461
 462 // Maximum offsets for different string table entry encodings.
 463 static const unsigned Max6DecimalOffset = 999999;
 464 static const unsigned Max7DecimalOffset = 9999999;
 465 static const uint64_t MaxBase64Offset = 0xFFFFFFFFFULL; // 64^6, including 0
 466
 467 // Encode a string table entry offset in base 64, padded to 6 chars, and
 468 // prefixed with a double slash: '//AAAAAA', '//AAAAAB', ...
 469 // Buffer must be at least 8 bytes large. No terminating null appended.
 470 static void encodeBase64StringEntry(char* Buffer, uint64_t Value) {
 471   assert(Value > Max7DecimalOffset && Value <= MaxBase64Offset &&
 472          "Illegal section name encoding for value");
 473
 474   static const char Alphabet[] = "ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"
 475                                  "abcdefghijklmnopqrstuvwxyz"
 476                                  "0123456789+/";
 477
 478   Buffer[0] = '/';
 479   Buffer[1] = '/';
 480
 481   char* Ptr = Buffer + 7;
 482   for (unsigned i = 0; i < 6; ++i) {
 483     unsigned Rem = Value % 64;
 484     Value /= 64;
 485     *(Ptr--) = Alphabet[Rem];
 486   }
 487 }
 488
 489 /// making a section real involves assigned it a number and putting
 490 /// name into the string table if needed
 491 void WinCOFFObjectWriter::MakeSectionReal(COFFSection &S, size_t Number) {
 492   if (S.Name.size() > COFF::NameSize) {
 493     uint64_t StringTableEntry = Strings.insert(S.Name.c_str());
 494
 495     if (StringTableEntry <= Max6DecimalOffset) {
 496       std::sprintf(S.Header.Name, "/%d", unsigned(StringTableEntry));
 497     } else if (StringTableEntry <= Max7DecimalOffset) {
 498       // With seven digits, we have to skip the terminating null. Because
 499       // sprintf always appends it, we use a larger temporary buffer.
 500       char buffer[9] = { };
 501       std::sprintf(buffer, "/%d", unsigned(StringTableEntry));
 502       std::memcpy(S.Header.Name, buffer, 8);
 503     } else if (StringTableEntry <= MaxBase64Offset) {
 504       // Starting with 10,000,000, offsets are encoded as base64.
 505       encodeBase64StringEntry(S.Header.Name, StringTableEntry);
 506     } else {
 507       report_fatal_error("COFF string table is greater than 64 GB.");
 508     }
 509   } else
 510     std::memcpy(S.Header.Name, S.Name.c_str(), S.Name.size());
 511
 512   S.Number = Number;
 513   S.Symbol->Data.SectionNumber = S.Number;
 514   S.Symbol->Aux[0].Aux.SectionDefinition.Number = S.Number;
 515 }
 516
 517 void WinCOFFObjectWriter::MakeSymbolReal(COFFSymbol &S, size_t Index) {
 518   if (S.Name.size() > COFF::NameSize) {
 519     size_t StringTableEntry = Strings.insert(S.Name.c_str());
 520
 521     S.set_name_offset(StringTableEntry);
 522   } else
 523     std::memcpy(S.Data.Name, S.Name.c_str(), S.Name.size());
 524   S.Index = Index;
 525 }
 526
 527 bool WinCOFFObjectWriter::ExportSymbol(MCSymbolData const &SymbolData,
 528                                        MCAssembler &Asm) {
 529   // This doesn't seem to be right. Strings referred to from the .data section
 530   // need symbols so they can be linked to code in the .text section right?
 531
 532   // return Asm.isSymbolLinkerVisible (&SymbolData);
 533
 534   // For now, all non-variable symbols are exported,
 535   // the linker will sort the rest out for us.
 536   return SymbolData.isExternal() || !SymbolData.getSymbol().isVariable();
 537 }
 538
 539 bool WinCOFFObjectWriter::IsPhysicalSection(COFFSection *S) {
 540   return (S->Header.Characteristics
 541          & COFF::IMAGE_SCN_CNT_UNINITIALIZED_DATA) == 0;
 542 }
 543
 544 //------------------------------------------------------------------------------
 545 // entity writing methods
 546
 547 void WinCOFFObjectWriter::WriteFileHeader(const COFF::header &Header) {
 548   WriteLE16(Header.Machine);
 549   WriteLE16(Header.NumberOfSections);
 550   WriteLE32(Header.TimeDateStamp);
 551   WriteLE32(Header.PointerToSymbolTable);
 552   WriteLE32(Header.NumberOfSymbols);
 553   WriteLE16(Header.SizeOfOptionalHeader);
 554   WriteLE16(Header.Characteristics);
 555 }
 556
 557 void WinCOFFObjectWriter::WriteSymbol(const COFFSymbol &S) {
 558   WriteBytes(StringRef(S.Data.Name, COFF::NameSize));
 559   WriteLE32(S.Data.Value);
 560   WriteLE16(S.Data.SectionNumber);
 561   WriteLE16(S.Data.Type);
 562   Write8(S.Data.StorageClass);
 563   Write8(S.Data.NumberOfAuxSymbols);
 564   WriteAuxiliarySymbols(S.Aux);
 565 }
 566
 567 void WinCOFFObjectWriter::WriteAuxiliarySymbols(
 568                                         const COFFSymbol::AuxiliarySymbols &S) {
 569   for(COFFSymbol::AuxiliarySymbols::const_iterator i = S.begin(), e = S.end();
 570       i != e; ++i) {
 571     switch(i->AuxType) {
 572     case ATFunctionDefinition:
 573       WriteLE32(i->Aux.FunctionDefinition.TagIndex);
 574       WriteLE32(i->Aux.FunctionDefinition.TotalSize);
 575       WriteLE32(i->Aux.FunctionDefinition.PointerToLinenumber);
 576       WriteLE32(i->Aux.FunctionDefinition.PointerToNextFunction);
 577       WriteZeros(sizeof(i->Aux.FunctionDefinition.unused));
 578       break;
 579     case ATbfAndefSymbol:
 580       WriteZeros(sizeof(i->Aux.bfAndefSymbol.unused1));
 581       WriteLE16(i->Aux.bfAndefSymbol.Linenumber);
 582       WriteZeros(sizeof(i->Aux.bfAndefSymbol.unused2));
 583       WriteLE32(i->Aux.bfAndefSymbol.PointerToNextFunction);
 584       WriteZeros(sizeof(i->Aux.bfAndefSymbol.unused3));
 585       break;
 586     case ATWeakExternal:
 587       WriteLE32(i->Aux.WeakExternal.TagIndex);
 588       WriteLE32(i->Aux.WeakExternal.Characteristics);
 589       WriteZeros(sizeof(i->Aux.WeakExternal.unused));
 590       break;
 591     case ATFile:
 592       WriteBytes(StringRef(reinterpret_cast<const char *>(i->Aux.File.FileName),
 593                  sizeof(i->Aux.File.FileName)));
 594       break;
 595     case ATSectionDefinition:
 596       WriteLE32(i->Aux.SectionDefinition.Length);
 597       WriteLE16(i->Aux.SectionDefinition.NumberOfRelocations);
 598       WriteLE16(i->Aux.SectionDefinition.NumberOfLinenumbers);
 599       WriteLE32(i->Aux.SectionDefinition.CheckSum);
 600       WriteLE16(i->Aux.SectionDefinition.Number);
 601       Write8(i->Aux.SectionDefinition.Selection);
 602       WriteZeros(sizeof(i->Aux.SectionDefinition.unused));
 603       break;
 604     }
 605   }
 606 }
 607
 608 void WinCOFFObjectWriter::WriteSectionHeader(const COFF::section &S) {
 609   WriteBytes(StringRef(S.Name, COFF::NameSize));
 610
 611   WriteLE32(S.VirtualSize);
 612   WriteLE32(S.VirtualAddress);
 613   WriteLE32(S.SizeOfRawData);
 614   WriteLE32(S.PointerToRawData);
 615   WriteLE32(S.PointerToRelocations);
 616   WriteLE32(S.PointerToLineNumbers);
 617   WriteLE16(S.NumberOfRelocations);
 618   WriteLE16(S.NumberOfLineNumbers);
 619   WriteLE32(S.Characteristics);
 620 }
 621
 622 void WinCOFFObjectWriter::WriteRelocation(const COFF::relocation &R) {
 623   WriteLE32(R.VirtualAddress);
 624   WriteLE32(R.SymbolTableIndex);
 625   WriteLE16(R.Type);
 626 }
 627
 628 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
 629 // MCObjectWriter interface implementations
 630
 631 void WinCOFFObjectWriter::ExecutePostLayoutBinding(MCAssembler &Asm,
 632                                                    const MCAsmLayout &Layout) {
 633   // "Define" each section & symbol. This creates section & symbol
 634   // entries in the staging area.
 635
 636   for (MCAssembler::const_iterator i = Asm.begin(), e = Asm.end(); i != e; i++)
 637     DefineSection(*i);
 638
 639   for (MCAssembler::const_symbol_iterator i = Asm.symbol_begin(),
 640                                           e = Asm.symbol_end();
 641        i != e; i++) {
 642     if (ExportSymbol(*i, Asm)) {
 643       DefineSymbol(*i, Asm, Layout);
 644     }
 645   }
 646 }
 647
 648 void WinCOFFObjectWriter::RecordRelocation(const MCAssembler &Asm,
 649                                            const MCAsmLayout &Layout,
 650                                            const MCFragment *Fragment,
 651                                            const MCFixup &Fixup,
 652                                            MCValue Target,
 653                                            bool &IsPCRel,
 654                                            uint64_t &FixedValue) {
 655   assert(Target.getSymA() && "Relocation must reference a symbol!");
 656
 657   const MCSymbol &Symbol = Target.getSymA()->getSymbol();
 658   const MCSymbol &A = Symbol.AliasedSymbol();
 659   if (!Asm.hasSymbolData(A))
 660     Asm.getContext().FatalError(
 661         Fixup.getLoc(),
 662         Twine("symbol '") + A.getName() + "' can not be undefined");
 663
 664   MCSymbolData &A_SD = Asm.getSymbolData(A);
 665
 666   MCSectionData const *SectionData = Fragment->getParent();
 667
 668   // Mark this symbol as requiring an entry in the symbol table.
 669   assert(SectionMap.find(&SectionData->getSection()) != SectionMap.end() &&
 670          "Section must already have been defined in ExecutePostLayoutBinding!");
 671   assert(SymbolMap.find(&A_SD.getSymbol()) != SymbolMap.end() &&
 672          "Symbol must already have been defined in ExecutePostLayoutBinding!");
 673
 674   COFFSection *coff_section = SectionMap[&SectionData->getSection()];
 675   COFFSymbol *coff_symbol = SymbolMap[&A_SD.getSymbol()];
 676   const MCSymbolRefExpr *SymB = Target.getSymB();
 677   bool CrossSection = false;
 678
 679   if (SymB) {
 680     const MCSymbol *B = &SymB->getSymbol();
 681     MCSymbolData &B_SD = Asm.getSymbolData(*B);
 682     if (!B_SD.getFragment())
 683       Asm.getContext().FatalError(
 684           Fixup.getLoc(),
 685           Twine("symbol '") + B->getName() +
 686               "' can not be undefined in a subtraction expression");
 687
 688     if (!A_SD.getFragment())
 689       Asm.getContext().FatalError(
 690           Fixup.getLoc(),
 691           Twine("symbol '") + Symbol.getName() +
 692               "' can not be undefined in a subtraction expression");
 693
 694     CrossSection = &Symbol.getSection() != &B->getSection();
 695
 696     // Offset of the symbol in the section
 697     int64_t a = Layout.getSymbolOffset(&B_SD);
 698
 699     // Ofeset of the relocation in the section
 700     int64_t b = Layout.getFragmentOffset(Fragment) + Fixup.getOffset();
 701
 702     FixedValue = b - a;
 703     // In the case where we have SymbA and SymB, we just need to store the delta
 704     // between the two symbols.  Update FixedValue to account for the delta, and
 705     // skip recording the relocation.
 706     if (!CrossSection)
 707       return;
 708   } else {
 709     FixedValue = Target.getConstant();
 710   }
 711
 712   COFFRelocation Reloc;
 713
 714   Reloc.Data.SymbolTableIndex = 0;
 715   Reloc.Data.VirtualAddress = Layout.getFragmentOffset(Fragment);
 716
 717   // Turn relocations for temporary symbols into section relocations.
 718   if (coff_symbol->MCData->getSymbol().isTemporary() || CrossSection) {
 719     Reloc.Symb = coff_symbol->Section->Symbol;
 720     FixedValue += Layout.getFragmentOffset(coff_symbol->MCData->Fragment)
 721                 + coff_symbol->MCData->getOffset();
 722   } else
 723     Reloc.Symb = coff_symbol;
 724
 725   ++Reloc.Symb->Relocations;
 726
 727   Reloc.Data.VirtualAddress += Fixup.getOffset();
 728   Reloc.Data.Type = TargetObjectWriter->getRelocType(Target, Fixup,
 729                                                      CrossSection);
 730
 731   // FIXME: Can anyone explain what this does other than adjust for the size
 732   // of the offset?
 733   if ((Header.Machine == COFF::IMAGE_FILE_MACHINE_AMD64 &&
 734        Reloc.Data.Type == COFF::IMAGE_REL_AMD64_REL32) ||
 735       (Header.Machine == COFF::IMAGE_FILE_MACHINE_I386 &&
 736        Reloc.Data.Type == COFF::IMAGE_REL_I386_REL32))
 737     FixedValue += 4;
 738
 739   coff_section->Relocations.push_back(Reloc);
 740 }
 741
 742 void WinCOFFObjectWriter::WriteObject(MCAssembler &Asm,
 743                                       const MCAsmLayout &Layout) {
 744   // Assign symbol and section indexes and offsets.
 745   Header.NumberOfSections = 0;
 746
 747   DenseMap<COFFSection *, uint16_t> SectionIndices;
 748   for (sections::iterator i = Sections.begin(),
 749                           e = Sections.end(); i != e; i++) {
 750     if (Layout.getSectionAddressSize((*i)->MCData) > 0) {
 751       size_t Number = ++Header.NumberOfSections;
 752       SectionIndices[i->get()] = Number;
 753       MakeSectionReal(**i, Number);
 754     } else {
 755       (*i)->Number = -1;
 756     }
 757   }
 758
 759   Header.NumberOfSymbols = 0;
 760
 761   for (symbols::iterator i = Symbols.begin(), e = Symbols.end(); i != e; i++) {
 762     COFFSymbol &coff_symbol = **i;
 763     MCSymbolData const *SymbolData = coff_symbol.MCData;
 764
 765     // Update section number & offset for symbols that have them.
 766     if (SymbolData && SymbolData->Fragment) {
 767       assert(coff_symbol.Section != nullptr);
 768
 769       coff_symbol.Data.SectionNumber = coff_symbol.Section->Number;
 770       coff_symbol.Data.Value = Layout.getFragmentOffset(SymbolData->Fragment)
 771                               + SymbolData->Offset;
 772     }
 773
 774     if (coff_symbol.should_keep()) {
 775       MakeSymbolReal(coff_symbol, Header.NumberOfSymbols++);
 776
 777       // Update auxiliary symbol info.
 778       coff_symbol.Data.NumberOfAuxSymbols = coff_symbol.Aux.size();
 779       Header.NumberOfSymbols += coff_symbol.Data.NumberOfAuxSymbols;
 780     } else
 781       coff_symbol.Index = -1;
 782   }
 783
 784   // Fixup weak external references.
 785   for (symbols::iterator i = Symbols.begin(), e = Symbols.end(); i != e; i++) {
 786     COFFSymbol &coff_symbol = **i;
 787     if (coff_symbol.Other) {
 788       assert(coff_symbol.Index != -1);
 789       assert(coff_symbol.Aux.size() == 1 &&
 790              "Symbol must contain one aux symbol!");
 791       assert(coff_symbol.Aux[0].AuxType == ATWeakExternal &&
 792              "Symbol's aux symbol must be a Weak External!");
 793       coff_symbol.Aux[0].Aux.WeakExternal.TagIndex = coff_symbol.Other->Index;
 794     }
 795   }
 796
 797   // Fixup associative COMDAT sections.
 798   for (sections::iterator i = Sections.begin(),
 799                           e = Sections.end(); i != e; i++) {
 800     if ((*i)->Symbol->Aux[0].Aux.SectionDefinition.Selection !=
 801         COFF::IMAGE_COMDAT_SELECT_ASSOCIATIVE)
 802       continue;
 803
 804     const MCSectionCOFF &MCSec = static_cast<const MCSectionCOFF &>(
 805                                                     (*i)->MCData->getSection());
 806
 807     COFFSection *Assoc = SectionMap.lookup(MCSec.getAssocSection());
 808     if (!Assoc) {
 809       report_fatal_error(Twine("Missing associated COMDAT section ") +
 810                          MCSec.getAssocSection()->getSectionName() +
 811                          " for section " + MCSec.getSectionName());
 812     }
 813
 814     // Skip this section if the associated section is unused.
 815     if (Assoc->Number == -1)
 816       continue;
 817
 818     (*i)->Symbol->Aux[0].Aux.SectionDefinition.Number = SectionIndices[Assoc];
 819   }
 820
 821
 822   // Assign file offsets to COFF object file structures.
 823
 824   unsigned offset = 0;
 825
 826   offset += COFF::HeaderSize;
 827   offset += COFF::SectionSize * Header.NumberOfSections;
 828
 829   for (MCAssembler::const_iterator i = Asm.begin(),
 830                                    e = Asm.end();
 831                                    i != e; i++) {
 832     COFFSection *Sec = SectionMap[&i->getSection()];
 833
 834     if (Sec->Number == -1)
 835       continue;
 836
 837     Sec->Header.SizeOfRawData = Layout.getSectionAddressSize(i);
 838
 839     if (IsPhysicalSection(Sec)) {
 840       Sec->Header.PointerToRawData = offset;
 841
 842       offset += Sec->Header.SizeOfRawData;
 843     }
 844
 845     if (Sec->Relocations.size() > 0) {
 846       bool RelocationsOverflow = Sec->Relocations.size() >= 0xffff;
 847
 848       if (RelocationsOverflow) {
 849         // Signal overflow by setting NumberOfSections to max value. Actual
 850         // size is found in reloc #0. Microsoft tools understand this.
 851         Sec->Header.NumberOfRelocations = 0xffff;
 852       } else {
 853         Sec->Header.NumberOfRelocations = Sec->Relocations.size();
 854       }
 855       Sec->Header.PointerToRelocations = offset;
 856
 857       if (RelocationsOverflow) {
 858         // Reloc #0 will contain actual count, so make room for it.
 859         offset += COFF::RelocationSize;
 860       }
 861
 862       offset += COFF::RelocationSize * Sec->Relocations.size();
 863
 864       for (relocations::iterator cr = Sec->Relocations.begin(),
 865                                  er = Sec->Relocations.end();
 866                                  cr != er; ++cr) {
 867         assert((*cr).Symb->Index != -1);
 868         (*cr).Data.SymbolTableIndex = (*cr).Symb->Index;
 869       }
 870     }
 871
 872     assert(Sec->Symbol->Aux.size() == 1
 873       && "Section's symbol must have one aux!");
 874     AuxSymbol &Aux = Sec->Symbol->Aux[0];
 875     assert(Aux.AuxType == ATSectionDefinition &&
 876            "Section's symbol's aux symbol must be a Section Definition!");
 877     Aux.Aux.SectionDefinition.Length = Sec->Header.SizeOfRawData;
 878     Aux.Aux.SectionDefinition.NumberOfRelocations =
 879                                                 Sec->Header.NumberOfRelocations;
 880     Aux.Aux.SectionDefinition.NumberOfLinenumbers =
 881                                                 Sec->Header.NumberOfLineNumbers;
 882   }
 883
 884   Header.PointerToSymbolTable = offset;
 885
 886   // We want a deterministic output. It looks like GNU as also writes 0 in here.
 887   Header.TimeDateStamp = 0;
 888
 889   // Write it all to disk...
 890   WriteFileHeader(Header);
 891
 892   {
 893     sections::iterator i, ie;
 894     MCAssembler::const_iterator j, je;
 895
 896     for (i = Sections.begin(), ie = Sections.end(); i != ie; i++)
 897       if ((*i)->Number != -1) {
 898         if ((*i)->Relocations.size() >= 0xffff) {
 899           (*i)->Header.Characteristics |= COFF::IMAGE_SCN_LNK_NRELOC_OVFL;
 900         }
 901         WriteSectionHeader((*i)->Header);
 902       }
 903
 904     for (i = Sections.begin(), ie = Sections.end(),
 905          j = Asm.begin(), je = Asm.end();
 906          (i != ie) && (j != je); ++i, ++j) {
 907
 908       if ((*i)->Number == -1)
 909         continue;
 910
 911       if ((*i)->Header.PointerToRawData != 0) {
 912         assert(OS.tell() == (*i)->Header.PointerToRawData &&
 913                "Section::PointerToRawData is insane!");
 914
 915         Asm.writeSectionData(j, Layout);
 916       }
 917
 918       if ((*i)->Relocations.size() > 0) {
 919         assert(OS.tell() == (*i)->Header.PointerToRelocations &&
 920                "Section::PointerToRelocations is insane!");
 921
 922         if ((*i)->Relocations.size() >= 0xffff) {
 923           // In case of overflow, write actual relocation count as first
 924           // relocation. Including the synthetic reloc itself (+ 1).
 925           COFF::relocation r;
 926           r.VirtualAddress = (*i)->Relocations.size() + 1;
 927           r.SymbolTableIndex = 0;
 928           r.Type = 0;
 929           WriteRelocation(r);
 930         }
 931
 932         for (relocations::const_iterator k = (*i)->Relocations.begin(),
 933                                                ke = (*i)->Relocations.end();
 934                                                k != ke; k++) {
 935           WriteRelocation(k->Data);
 936         }
 937       } else
 938         assert((*i)->Header.PointerToRelocations == 0 &&
 939                "Section::PointerToRelocations is insane!");
 940     }
 941   }
 942
 943   assert(OS.tell() == Header.PointerToSymbolTable &&
 944          "Header::PointerToSymbolTable is insane!");
 945
 946   for (symbols::iterator i = Symbols.begin(), e = Symbols.end(); i != e; i++)
 947     if ((*i)->Index != -1)
 948       WriteSymbol(**i);
 949
 950   OS.write((char const *)&Strings.Data.front(), Strings.Data.size());
 951 }
 952
 953 MCWinCOFFObjectTargetWriter::MCWinCOFFObjectTargetWriter(unsigned Machine_) :
 954   Machine(Machine_) {
 955 }
 956
 957 // Pin the vtable to this file.
 958 void MCWinCOFFObjectTargetWriter::anchor() {}
 959
 960 //------------------------------------------------------------------------------
 961 // WinCOFFObjectWriter factory function
 962
 963 namespace llvm {
 964   MCObjectWriter *createWinCOFFObjectWriter(MCWinCOFFObjectTargetWriter *MOTW,
 965                                             raw_ostream &OS) {
 966     return new WinCOFFObjectWriter(MOTW, OS);
 967   }
 968 }