IR: add "cmpxchg weak" variant to support permitted failure.
[oota-llvm.git] / docs / LangRef.rst
index fff627b8bb78fd61442dd203e7dad60d5097d841..8958505e9d58b8e4767bbd74f94373a29588708b 100644 (file)
@@ -440,7 +440,10 @@ styles:
     defining module will bind to the local symbol. That is, the symbol
     cannot be overridden by another module.
 
-.. _namedtypes:
+A symbol with ``internal`` or ``private`` linkage must have ``default``
+visibility.
+
+.. _dllstorageclass:
 
 DLL Storage Classes
 -------------------
@@ -461,6 +464,36 @@ DLL storage class:
     exists for defining a dll interface, the compiler, assembler and linker know
     it is externally referenced and must refrain from deleting the symbol.
 
+.. _tls_model:
+
+Thread Local Storage Models
+---------------------------
+
+A variable may be defined as ``thread_local``, which means that it will
+not be shared by threads (each thread will have a separated copy of the
+variable). Not all targets support thread-local variables. Optionally, a
+TLS model may be specified:
+
+``localdynamic``
+    For variables that are only used within the current shared library.
+``initialexec``
+    For variables in modules that will not be loaded dynamically.
+``localexec``
+    For variables defined in the executable and only used within it.
+
+If no explicit model is given, the "general dynamic" model is used.
+
+The models correspond to the ELF TLS models; see `ELF Handling For
+Thread-Local Storage <http://people.redhat.com/drepper/tls.pdf>`_ for
+more information on under which circumstances the different models may
+be used. The target may choose a different TLS model if the specified
+model is not supported, or if a better choice of model can be made.
+
+A model can also be specified in a alias, but then it only governs how
+the alias is accessed. It will not have any effect in the aliasee.
+
+.. _namedtypes:
+
 Structure Types
 ---------------
 
@@ -486,29 +519,13 @@ Global Variables
 Global variables define regions of memory allocated at compilation time
 instead of run-time.
 
-Global variables definitions must be initialized, may have an explicit section
-to be placed in, and may have an optional explicit alignment specified.
+Global variables definitions must be initialized.
 
 Global variables in other translation units can also be declared, in which
 case they don't have an initializer.
 
-A variable may be defined as ``thread_local``, which means that it will
-not be shared by threads (each thread will have a separated copy of the
-variable). Not all targets support thread-local variables. Optionally, a
-TLS model may be specified:
-
-``localdynamic``
-    For variables that are only used within the current shared library.
-``initialexec``
-    For variables in modules that will not be loaded dynamically.
-``localexec``
-    For variables defined in the executable and only used within it.
-
-The models correspond to the ELF TLS models; see `ELF Handling For
-Thread-Local Storage <http://people.redhat.com/drepper/tls.pdf>`_ for
-more information on under which circumstances the different models may
-be used. The target may choose a different TLS model if the specified
-model is not supported, or if a better choice of model can be made.
+Either global variable definitions or declarations may have an explicit section
+to be placed in and may have an optional explicit alignment specified.
 
 A variable may be defined as a global ``constant``, which indicates that
 the contents of the variable will **never** be modified (enabling better
@@ -567,11 +584,14 @@ iteration.
 
 Globals can also have a :ref:`DLL storage class <dllstorageclass>`.
 
+Variables and aliasaes can have a
+:ref:`Thread Local Storage Model <tls_model>`.
+
 Syntax::
 
     [@<GlobalVarName> =] [Linkage] [Visibility] [DLLStorageClass] [ThreadLocal]
-                         [AddrSpace] [unnamed_addr] [ExternallyInitialized]
-                         <global | constant> <Type>
+                         [unnamed_addr] [AddrSpace] [ExternallyInitialized]
+                         <global | constant> <Type> [<InitializerConstant>]
                          [, section "name"] [, align <Alignment>]
 
 For example, the following defines a global in a numbered address space
@@ -661,29 +681,40 @@ Syntax::
 Aliases
 -------
 
-Aliases act as "second name" for the aliasee value (which can be either
-function, global variable, another alias or bitcast of global value).
+Aliases, unlike function or variables, don't create any new data. They
+are just a new symbol and metadata for an existing position.
+
+Aliases have a name and an aliasee that is either a global value or a
+constant expression.
+
 Aliases may have an optional :ref:`linkage type <linkage>`, an optional
-:ref:`visibility style <visibility>`, and an optional :ref:`DLL storage class
-<dllstorageclass>`.
+:ref:`visibility style <visibility>`, an optional :ref:`DLL storage class
+<dllstorageclass>` and an optional :ref:`tls model <tls_model>`.
 
 Syntax::
 
-    @<Name> = [Visibility] [DLLStorageClass] alias [Linkage] <AliaseeTy> @<Aliasee>
+    @<Name> = [Visibility] [DLLStorageClass] [ThreadLocal] [unnamed_addr] alias [Linkage] <AliaseeTy> @<Aliasee>
 
 The linkage must be one of ``private``, ``internal``, ``linkonce``, ``weak``,
 ``linkonce_odr``, ``weak_odr``, ``external``. Note that some system linkers
-might not correctly handle dropping a weak symbol that is aliased by a non-weak
-alias.
+might not correctly handle dropping a weak symbol that is aliased.
 
 Alias that are not ``unnamed_addr`` are guaranteed to have the same address as
-the aliasee.
+the aliasee expression. ``unnamed_addr`` ones are only guaranteed to point
+to the same content.
+
+Since aliases are only a second name, some restrictions apply, of which
+some can only be checked when producing an object file:
 
-The aliasee must be a definition.
+* The expression defining the aliasee must be computable at assembly
+  time. Since it is just a name, no relocations can be used.
 
-Aliases are not allowed to point to aliases with linkages that can be
-overridden. Since they are only a second name, the possibility of the
-intermediate alias being overridden cannot be represented in an object file.
+* No alias in the expression can be weak as the possibility of the
+  intermediate alias being overridden cannot be represented in an
+  object file.
+
+* No global value in the expression can be a declaration, since that
+  would require a relocation, which is not possible.
 
 .. _namedmetadatastructure:
 
@@ -844,6 +875,13 @@ Currently, only the following parameter attributes are defined:
     operands for the :ref:`bitcast instruction <i_bitcast>`. This is not a
     valid attribute for return values and can only be applied to one parameter.
 
+``nonnull``
+    This indicates that the parameter or return pointer is not null. This
+    attribute may only be applied to pointer typed parameters. This is not
+    checked or enforced by LLVM, the caller must ensure that the pointer
+    passed in is non-null, or the callee must ensure that the returned pointer 
+    is non-null.
+
 .. _gc:
 
 Garbage Collector Names
@@ -985,6 +1023,14 @@ example:
     inlining this function is desirable (such as the "inline" keyword in
     C/C++). It is just a hint; it imposes no requirements on the
     inliner.
+``jumptable``
+    This attribute indicates that the function should be added to a
+    jump-instruction table at code-generation time, and that all address-taken
+    references to this function should be replaced with a reference to the
+    appropriate jump-instruction-table function pointer. Note that this creates
+    a new pointer for the original function, which means that code that depends
+    on function-pointer identity can break. So, any function annotated with
+    ``jumptable`` must also be ``unnamed_addr``.
 ``minsize``
     This attribute suggests that optimization passes and code generator
     passes make choices that keep the code size of this function as small
@@ -2775,15 +2821,29 @@ for optimizations are prefixed with ``llvm.mem``.
 '``llvm.mem.parallel_loop_access``' Metadata
 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 
-For a loop to be parallel, in addition to using
-the ``llvm.loop`` metadata to mark the loop latch branch instruction,
-also all of the memory accessing instructions in the loop body need to be
-marked with the ``llvm.mem.parallel_loop_access`` metadata. If there
-is at least one memory accessing instruction not marked with the metadata,
-the loop must be considered a sequential loop. This causes parallel loops to be
-converted to sequential loops due to optimization passes that are unaware of
-the parallel semantics and that insert new memory instructions to the loop
-body.
+The ``llvm.mem.parallel_loop_access`` metadata refers to a loop identifier, 
+or metadata containing a list of loop identifiers for nested loops. 
+The metadata is attached to memory accessing instructions and denotes that 
+no loop carried memory dependence exist between it and other instructions denoted 
+with the same loop identifier.
+
+Precisely, given two instructions ``m1`` and ``m2`` that both have the 
+``llvm.mem.parallel_loop_access`` metadata, with ``L1`` and ``L2`` being the 
+set of loops associated with that metadata, respectively, then there is no loop 
+carried dependence between ``m1`` and ``m2`` for loops in both ``L1`` and 
+``L2``.
+
+As a special case, if all memory accessing instructions in a loop have 
+``llvm.mem.parallel_loop_access`` metadata that refers to that loop, then the 
+loop has no loop carried memory dependences and is considered to be a parallel 
+loop.  
+
+Note that if not all memory access instructions have such metadata referring to 
+the loop, then the loop is considered not being trivially parallel. Additional 
+memory dependence analysis is required to make that determination.  As a fail 
+safe mechanism, this causes loops that were originally parallel to be considered 
+sequential (if optimization passes that are unaware of the parallel semantics 
+insert new memory instructions into the loop body).
 
 Example of a loop that is considered parallel due to its correct use of
 both ``llvm.loop`` and ``llvm.mem.parallel_loop_access``
@@ -3149,14 +3209,18 @@ The '``llvm.global_ctors``' Global Variable
 
 .. code-block:: llvm
 
-    %0 = type { i32, void ()* }
-    @llvm.global_ctors = appending global [1 x %0] [%0 { i32 65535, void ()* @ctor }]
+    %0 = type { i32, void ()*, i8* }
+    @llvm.global_ctors = appending global [1 x %0] [%0 { i32 65535, void ()* @ctor, i8* @data }]
 
 The ``@llvm.global_ctors`` array contains a list of constructor
-functions and associated priorities. The functions referenced by this
-array will be called in ascending order of priority (i.e. lowest first)
-when the module is loaded. The order of functions with the same priority
-is not defined.
+functions, priorities, and an optional associated global or function.
+The functions referenced by this array will be called in ascending order
+of priority (i.e. lowest first) when the module is loaded. The order of
+functions with the same priority is not defined.
+
+If the third field is present, non-null, and points to a global variable
+or function, the initializer function will only run if the associated
+data from the current module is not discarded.
 
 .. _llvmglobaldtors:
 
@@ -3165,14 +3229,18 @@ The '``llvm.global_dtors``' Global Variable
 
 .. code-block:: llvm
 
-    %0 = type { i32, void ()* }
-    @llvm.global_dtors = appending global [1 x %0] [%0 { i32 65535, void ()* @dtor }]
+    %0 = type { i32, void ()*, i8* }
+    @llvm.global_dtors = appending global [1 x %0] [%0 { i32 65535, void ()* @dtor, i8* @data }]
 
-The ``@llvm.global_dtors`` array contains a list of destructor functions
-and associated priorities. The functions referenced by this array will
-be called in descending order of priority (i.e. highest first) when the
-module is loaded. The order of functions with the same priority is not
-defined.
+The ``@llvm.global_dtors`` array contains a list of destructor
+functions, priorities, and an optional associated global or function.
+The functions referenced by this array will be called in descending
+order of priority (i.e. highest first) when the module is unloaded. The
+order of functions with the same priority is not defined.
+
+If the third field is present, non-null, and points to a global variable
+or function, the destructor function will only run if the associated
+data from the current module is not discarded.
 
 Instruction Reference
 =====================
@@ -4470,7 +4538,7 @@ Syntax:
 
 ::
 
-      <result> = extractelement <n x <ty>> <val>, i32 <idx>    ; yields <ty>
+      <result> = extractelement <n x <ty>> <val>, <ty2> <idx>  ; yields <ty>
 
 Overview:
 """""""""
@@ -4484,7 +4552,7 @@ Arguments:
 The first operand of an '``extractelement``' instruction is a value of
 :ref:`vector <t_vector>` type. The second operand is an index indicating
 the position from which to extract the element. The index may be a
-variable.
+variable of any integer type.
 
 Semantics:
 """"""""""
@@ -4510,7 +4578,7 @@ Syntax:
 
 ::
 
-      <result> = insertelement <n x <ty>> <val>, <ty> <elt>, i32 <idx>    ; yields <n x <ty>>
+      <result> = insertelement <n x <ty>> <val>, <ty> <elt>, <ty2> <idx>    ; yields <n x <ty>>
 
 Overview:
 """""""""
@@ -4525,7 +4593,7 @@ The first operand of an '``insertelement``' instruction is a value of
 :ref:`vector <t_vector>` type. The second operand is a scalar value whose
 type must equal the element type of the first operand. The third operand
 is an index indicating the position at which to insert the value. The
-index may be a variable.
+index may be a variable of any integer type.
 
 Semantics:
 """"""""""
@@ -4991,14 +5059,14 @@ Syntax:
 
 ::
 
-      cmpxchg [volatile] <ty>* <pointer>, <ty> <cmp>, <ty> <new> [singlethread] <success ordering> <failure ordering> ; yields {ty}
+      cmpxchg [weak] [volatile] <ty>* <pointer>, <ty> <cmp>, <ty> <new> [singlethread] <success ordering> <failure ordering> ; yields { <ty>, i1 }
 
 Overview:
 """""""""
 
 The '``cmpxchg``' instruction is used to atomically modify memory. It
 loads a value in memory and compares it to a given value. If they are
-equal, it stores a new value into the memory.
+equal, it tries to store a new value into the memory.
 
 Arguments:
 """"""""""
@@ -5031,10 +5099,17 @@ equal to the size in memory of the operand.
 Semantics:
 """"""""""
 
-The contents of memory at the location specified by the '``<pointer>``'
-operand is read and compared to '``<cmp>``'; if the read value is the
-equal, '``<new>``' is written. The original value at the location is
-returned.
+The contents of memory at the location specified by the '``<pointer>``' operand
+is read and compared to '``<cmp>``'; if the read value is the equal, the
+'``<new>``' is written. The original value at the location is returned, together
+with a flag indicating success (true) or failure (false).
+
+If the cmpxchg operation is marked as ``weak`` then a spurious failure is
+permitted: the operation may not write ``<new>`` even if the comparison
+matched.
+
+If the cmpxchg operation is strong (the default), the i1 value is 1 if and only
+if the value loaded equals ``cmp``.
 
 A successful ``cmpxchg`` is a read-modify-write instruction for the purpose of
 identifying release sequences. A failed ``cmpxchg`` is equivalent to an atomic
@@ -5046,14 +5121,15 @@ Example:
 .. code-block:: llvm
 
     entry:
-      %orig = atomic load i32* %ptr unordered                   ; yields {i32}
+      %orig = atomic load i32* %ptr unordered                   ; yields i32
       br label %loop
 
     loop:
       %cmp = phi i32 [ %orig, %entry ], [%old, %loop]
       %squared = mul i32 %cmp, %cmp
-      %old = cmpxchg i32* %ptr, i32 %cmp, i32 %squared acq_rel monotonic ; yields {i32}
-      %success = icmp eq i32 %cmp, %old
+      %val_success = cmpxchg i32* %ptr, i32 %cmp, i32 %squared acq_rel monotonic ; yields { i32, i1 }
+      %value_loaded = extractvalue { i32, i1 } %val_success, 0
+      %success = extractvalue { i32, i1 } %val_success, 1
       br i1 %success, label %done, label %loop
 
     done:
@@ -6161,7 +6237,7 @@ Syntax:
 
 ::
 
-      <result> = [tail] call [cconv] [ret attrs] <ty> [<fnty>*] <fnptrval>(<function args>) [fn attrs]
+      <result> = [tail | musttail] call [cconv] [ret attrs] <ty> [<fnty>*] <fnptrval>(<function args>) [fn attrs]
 
 Overview:
 """""""""
@@ -6173,17 +6249,34 @@ Arguments:
 
 This instruction requires several arguments:
 
-#. The optional "tail" marker indicates that the callee function does
-   not access any allocas or varargs in the caller. Note that calls may
-   be marked "tail" even if they do not occur before a
-   :ref:`ret <i_ret>` instruction. If the "tail" marker is present, the
-   function call is eligible for tail call optimization, but `might not
-   in fact be optimized into a jump <CodeGenerator.html#tailcallopt>`_.
-   The code generator may optimize calls marked "tail" with either 1)
-   automatic `sibling call
-   optimization <CodeGenerator.html#sibcallopt>`_ when the caller and
-   callee have matching signatures, or 2) forced tail call optimization
-   when the following extra requirements are met:
+#. The optional ``tail`` and ``musttail`` markers indicate that the optimizers
+   should perform tail call optimization.  The ``tail`` marker is a hint that
+   `can be ignored <CodeGenerator.html#sibcallopt>`_.  The ``musttail`` marker
+   means that the call must be tail call optimized in order for the program to
+   be correct.  The ``musttail`` marker provides these guarantees:
+
+   #. The call will not cause unbounded stack growth if it is part of a
+      recursive cycle in the call graph.
+   #. Arguments with the :ref:`inalloca <attr_inalloca>` attribute are
+      forwarded in place.
+
+   Both markers imply that the callee does not access allocas or varargs from
+   the caller.  Calls marked ``musttail`` must obey the following additional
+   rules:
+
+   - The call must immediately precede a :ref:`ret <i_ret>` instruction,
+     or a pointer bitcast followed by a ret instruction.
+   - The ret instruction must return the (possibly bitcasted) value
+     produced by the call or void.
+   - The caller and callee prototypes must match.  Pointer types of
+     parameters or return types may differ in pointee type, but not
+     in address space.
+   - The calling conventions of the caller and callee must match.
+   - All ABI-impacting function attributes, such as sret, byval, inreg,
+     returned, and inalloca, must match.
+
+   Tail call optimization for calls marked ``tail`` is guaranteed to occur if
+   the following conditions are met:
 
    -  Caller and callee both have the calling convention ``fastcc``.
    -  The call is in tail position (ret immediately follows call and ret
@@ -6787,6 +6880,51 @@ Note that calling this intrinsic does not prevent function inlining or
 other aggressive transformations, so the value returned may not be that
 of the obvious source-language caller.
 
+.. _int_read_register:
+.. _int_write_register:
+
+'``llvm.read_register``' and '``llvm.write_register``' Intrinsics
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
+
+Syntax:
+"""""""
+
+::
+
+      declare i32 @llvm.read_register.i32(metadata)
+      declare i64 @llvm.read_register.i64(metadata)
+      declare void @llvm.write_register.i32(metadata, i32 @value)
+      declare void @llvm.write_register.i64(metadata, i64 @value)
+      !0 = metadata !{metadata !"sp\00"}
+
+Overview:
+"""""""""
+
+The '``llvm.read_register``' and '``llvm.write_register``' intrinsics
+provides access to the named register. The register must be valid on
+the architecture being compiled to. The type needs to be compatible
+with the register being read.
+
+Semantics:
+""""""""""
+
+The '``llvm.read_register``' intrinsic returns the current value of the
+register, where possible. The '``llvm.write_register``' intrinsic sets
+the current value of the register, where possible.
+
+This is useful to implement named register global variables that need
+to always be mapped to a specific register, as is common practice on
+bare-metal programs including OS kernels.
+
+The compiler doesn't check for register availability or use of the used
+register in surrounding code, including inline assembly. Because of that,
+allocatable registers are not supported.
+
+Warning: So far it only works with the stack pointer on selected
+architectures (ARM, AArch64, PowerPC and x86_64). Significant amount of
+work is needed to support other registers and even more so, allocatable
+registers.
+
 .. _int_stacksave:
 
 '``llvm.stacksave``' Intrinsic
@@ -6969,7 +7107,7 @@ Semantics:
 
 On platforms with coherent instruction and data caches (e.g. x86), this
 intrinsic is a nop. On platforms with non-coherent instruction and data
-cache (e.g. ARM, MIPS), the intrinsic is lowered either to appropiate
+cache (e.g. ARM, MIPS), the intrinsic is lowered either to appropriate
 instructions or a system call, if cache flushing requires special
 privileges.