lib/CodeGen/MachOWriter.cpp

   1 //===-- MachOWriter.cpp - Target-independent Mach-O Writer code -----------===//
   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 implements the target-independent Mach-O writer.  This file writes
  11 // out the Mach-O file in the following order:
  12 //
  13 //  #1 FatHeader (universal-only)
  14 //  #2 FatArch (universal-only, 1 per universal arch)
  15 //  Per arch:
  16 //    #3 Header
  17 //    #4 Load Commands
  18 //    #5 Sections
  19 //    #6 Relocations
  20 //    #7 Symbols
  21 //    #8 Strings
  22 //
  23 //===----------------------------------------------------------------------===//
  24
  25 #include "MachOWriter.h"
  26 #include "llvm/Constants.h"
  27 #include "llvm/DerivedTypes.h"
  28 #include "llvm/Module.h"
  29 #include "llvm/PassManager.h"
  30 #include "llvm/CodeGen/FileWriters.h"
  31 #include "llvm/CodeGen/MachineCodeEmitter.h"
  32 #include "llvm/CodeGen/MachineConstantPool.h"
  33 #include "llvm/CodeGen/MachineJumpTableInfo.h"
  34 #include "llvm/Target/TargetAsmInfo.h"
  35 #include "llvm/Target/TargetJITInfo.h"
  36 #include "llvm/Support/Mangler.h"
  37 #include "llvm/Support/MathExtras.h"
  38 #include "llvm/Support/OutputBuffer.h"
  39 #include "llvm/Support/Streams.h"
  40 #include <algorithm>
  41 using namespace llvm;
  42
  43 /// AddMachOWriter - Concrete function to add the Mach-O writer to the function
  44 /// pass manager.
  45 MachineCodeEmitter *llvm::AddMachOWriter(FunctionPassManager &FPM,
  46                                          std::ostream &O,
  47                                          TargetMachine &TM) {
  48   MachOWriter *MOW = new MachOWriter(O, TM);
  49   FPM.add(MOW);
  50   return &MOW->getMachineCodeEmitter();
  51 }
  52
  53 //===----------------------------------------------------------------------===//
  54 //                       MachOCodeEmitter Implementation
  55 //===----------------------------------------------------------------------===//
  56
  57 namespace llvm {
  58   /// MachOCodeEmitter - This class is used by the MachOWriter to emit the code
  59   /// for functions to the Mach-O file.
  60   class MachOCodeEmitter : public MachineCodeEmitter {
  61     MachOWriter &MOW;
  62
  63     /// Target machine description.
  64     TargetMachine &TM;
  65
  66     /// is64Bit/isLittleEndian - This information is inferred from the target
  67     /// machine directly, indicating what header values and flags to set.
  68     bool is64Bit, isLittleEndian;
  69
  70     /// Relocations - These are the relocations that the function needs, as
  71     /// emitted.
  72     std::vector<MachineRelocation> Relocations;
  73
  74     /// CPLocations - This is a map of constant pool indices to offsets from the
  75     /// start of the section for that constant pool index.
  76     std::vector<intptr_t> CPLocations;
  77
  78     /// CPSections - This is a map of constant pool indices to the MachOSection
  79     /// containing the constant pool entry for that index.
  80     std::vector<unsigned> CPSections;
  81
  82     /// JTLocations - This is a map of jump table indices to offsets from the
  83     /// start of the section for that jump table index.
  84     std::vector<intptr_t> JTLocations;
  85
  86     /// MBBLocations - This vector is a mapping from MBB ID's to their address.
  87     /// It is filled in by the StartMachineBasicBlock callback and queried by
  88     /// the getMachineBasicBlockAddress callback.
  89     std::vector<intptr_t> MBBLocations;
  90
  91   public:
  92     MachOCodeEmitter(MachOWriter &mow) : MOW(mow), TM(MOW.TM) {
  93       is64Bit = TM.getTargetData()->getPointerSizeInBits() == 64;
  94       isLittleEndian = TM.getTargetData()->isLittleEndian();
  95     }
  96
  97     virtual void startFunction(MachineFunction &MF);
  98     virtual bool finishFunction(MachineFunction &MF);
  99
 100     virtual void addRelocation(const MachineRelocation &MR) {
 101       Relocations.push_back(MR);
 102     }
 103
 104     void emitConstantPool(MachineConstantPool *MCP);
 105     void emitJumpTables(MachineJumpTableInfo *MJTI);
 106
 107     virtual intptr_t getConstantPoolEntryAddress(unsigned Index) const {
 108       assert(CPLocations.size() > Index && "CP not emitted!");
 109       return CPLocations[Index];
 110     }
 111     virtual intptr_t getJumpTableEntryAddress(unsigned Index) const {
 112       assert(JTLocations.size() > Index && "JT not emitted!");
 113       return JTLocations[Index];
 114     }
 115
 116     virtual void StartMachineBasicBlock(MachineBasicBlock *MBB) {
 117       if (MBBLocations.size() <= (unsigned)MBB->getNumber())
 118         MBBLocations.resize((MBB->getNumber()+1)*2);
 119       MBBLocations[MBB->getNumber()] = getCurrentPCOffset();
 120     }
 121
 122     virtual intptr_t getMachineBasicBlockAddress(MachineBasicBlock *MBB) const {
 123       assert(MBBLocations.size() > (unsigned)MBB->getNumber() &&
 124              MBBLocations[MBB->getNumber()] && "MBB not emitted!");
 125       return MBBLocations[MBB->getNumber()];
 126     }
 127
 128     /// JIT SPECIFIC FUNCTIONS - DO NOT IMPLEMENT THESE HERE!
 129     virtual void startFunctionStub(unsigned StubSize, unsigned Alignment = 1) {
 130       assert(0 && "JIT specific function called!");
 131       abort();
 132     }
 133     virtual void *finishFunctionStub(const Function *F) {
 134       assert(0 && "JIT specific function called!");
 135       abort();
 136       return 0;
 137     }
 138   };
 139 }
 140
 141 /// startFunction - This callback is invoked when a new machine function is
 142 /// about to be emitted.
 143 void MachOCodeEmitter::startFunction(MachineFunction &MF) {
 144   const TargetData *TD = TM.getTargetData();
 145   const Function *F = MF.getFunction();
 146
 147   // Align the output buffer to the appropriate alignment, power of 2.
 148   unsigned FnAlign = F->getAlignment();
 149   unsigned TDAlign = TD->getPrefTypeAlignment(F->getType());
 150   unsigned Align = Log2_32(std::max(FnAlign, TDAlign));
 151   assert(!(Align & (Align-1)) && "Alignment is not a power of two!");
 152
 153   // Get the Mach-O Section that this function belongs in.
 154   MachOWriter::MachOSection *MOS = MOW.getTextSection();
 155
 156   // FIXME: better memory management
 157   MOS->SectionData.reserve(4096);
 158   BufferBegin = &MOS->SectionData[0];
 159   BufferEnd = BufferBegin + MOS->SectionData.capacity();
 160
 161   // Upgrade the section alignment if required.
 162   if (MOS->align < Align) MOS->align = Align;
 163
 164   // Round the size up to the correct alignment for starting the new function.
 165   if ((MOS->size & ((1 << Align) - 1)) != 0) {
 166     MOS->size += (1 << Align);
 167     MOS->size &= ~((1 << Align) - 1);
 168   }
 169
 170   // FIXME: Using MOS->size directly here instead of calculating it from the
 171   // output buffer size (impossible because the code emitter deals only in raw
 172   // bytes) forces us to manually synchronize size and write padding zero bytes
 173   // to the output buffer for all non-text sections.  For text sections, we do
 174   // not synchonize the output buffer, and we just blow up if anyone tries to
 175   // write non-code to it.  An assert should probably be added to
 176   // AddSymbolToSection to prevent calling it on the text section.
 177   CurBufferPtr = BufferBegin + MOS->size;
 178
 179   // Clear per-function data structures.
 180   CPLocations.clear();
 181   CPSections.clear();
 182   JTLocations.clear();
 183   MBBLocations.clear();
 184 }
 185
 186 /// finishFunction - This callback is invoked after the function is completely
 187 /// finished.
 188 bool MachOCodeEmitter::finishFunction(MachineFunction &MF) {
 189   // Get the Mach-O Section that this function belongs in.
 190   MachOWriter::MachOSection *MOS = MOW.getTextSection();
 191
 192   // Get a symbol for the function to add to the symbol table
 193   // FIXME: it seems like we should call something like AddSymbolToSection
 194   // in startFunction rather than changing the section size and symbol n_value
 195   // here.
 196   const GlobalValue *FuncV = MF.getFunction();
 197   MachOSym FnSym(FuncV, MOW.Mang->getValueName(FuncV), MOS->Index, TM);
 198   FnSym.n_value = MOS->size;
 199   MOS->size = CurBufferPtr - BufferBegin;
 200
 201   // Emit constant pool to appropriate section(s)
 202   emitConstantPool(MF.getConstantPool());
 203
 204   // Emit jump tables to appropriate section
 205   emitJumpTables(MF.getJumpTableInfo());
 206
 207   // If we have emitted any relocations to function-specific objects such as
 208   // basic blocks, constant pools entries, or jump tables, record their
 209   // addresses now so that we can rewrite them with the correct addresses
 210   // later.
 211   for (unsigned i = 0, e = Relocations.size(); i != e; ++i) {
 212     MachineRelocation &MR = Relocations[i];
 213     intptr_t Addr;
 214
 215     if (MR.isBasicBlock()) {
 216       Addr = getMachineBasicBlockAddress(MR.getBasicBlock());
 217       MR.setConstantVal(MOS->Index);
 218       MR.setResultPointer((void*)Addr);
 219     } else if (MR.isJumpTableIndex()) {
 220       Addr = getJumpTableEntryAddress(MR.getJumpTableIndex());
 221       MR.setConstantVal(MOW.getJumpTableSection()->Index);
 222       MR.setResultPointer((void*)Addr);
 223     } else if (MR.isConstantPoolIndex()) {
 224       Addr = getConstantPoolEntryAddress(MR.getConstantPoolIndex());
 225       MR.setConstantVal(CPSections[MR.getConstantPoolIndex()]);
 226       MR.setResultPointer((void*)Addr);
 227     } else if (MR.isGlobalValue()) {
 228       // FIXME: This should be a set or something that uniques
 229       MOW.PendingGlobals.push_back(MR.getGlobalValue());
 230     } else {
 231       assert(0 && "Unhandled relocation type");
 232     }
 233     MOS->Relocations.push_back(MR);
 234   }
 235   Relocations.clear();
 236
 237   // Finally, add it to the symtab.
 238   MOW.SymbolTable.push_back(FnSym);
 239   return false;
 240 }
 241
 242 /// emitConstantPool - For each constant pool entry, figure out which section
 243 /// the constant should live in, allocate space for it, and emit it to the
 244 /// Section data buffer.
 245 void MachOCodeEmitter::emitConstantPool(MachineConstantPool *MCP) {
 246   const std::vector<MachineConstantPoolEntry> &CP = MCP->getConstants();
 247   if (CP.empty()) return;
 248
 249   // FIXME: handle PIC codegen
 250   bool isPIC = TM.getRelocationModel() == Reloc::PIC_;
 251   assert(!isPIC && "PIC codegen not yet handled for mach-o jump tables!");
 252
 253   // Although there is no strict necessity that I am aware of, we will do what
 254   // gcc for OS X does and put each constant pool entry in a section of constant
 255   // objects of a certain size.  That means that float constants go in the
 256   // literal4 section, and double objects go in literal8, etc.
 257   //
 258   // FIXME: revisit this decision if we ever do the "stick everything into one
 259   // "giant object for PIC" optimization.
 260   for (unsigned i = 0, e = CP.size(); i != e; ++i) {
 261     const Type *Ty = CP[i].getType();
 262     unsigned Size = TM.getTargetData()->getABITypeSize(Ty);
 263
 264     MachOWriter::MachOSection *Sec = MOW.getConstSection(CP[i].Val.ConstVal);
 265     OutputBuffer SecDataOut(Sec->SectionData, is64Bit, isLittleEndian);
 266
 267     CPLocations.push_back(Sec->SectionData.size());
 268     CPSections.push_back(Sec->Index);
 269
 270     // FIXME: remove when we have unified size + output buffer
 271     Sec->size += Size;
 272
 273     // Allocate space in the section for the global.
 274     // FIXME: need alignment?
 275     // FIXME: share between here and AddSymbolToSection?
 276     for (unsigned j = 0; j < Size; ++j)
 277       SecDataOut.outbyte(0);
 278
 279     MOW.InitMem(CP[i].Val.ConstVal, &Sec->SectionData[0], CPLocations[i],
 280                 TM.getTargetData(), Sec->Relocations);
 281   }
 282 }
 283
 284 /// emitJumpTables - Emit all the jump tables for a given jump table info
 285 /// record to the appropriate section.
 286 void MachOCodeEmitter::emitJumpTables(MachineJumpTableInfo *MJTI) {
 287   const std::vector<MachineJumpTableEntry> &JT = MJTI->getJumpTables();
 288   if (JT.empty()) return;
 289
 290   // FIXME: handle PIC codegen
 291   bool isPIC = TM.getRelocationModel() == Reloc::PIC_;
 292   assert(!isPIC && "PIC codegen not yet handled for mach-o jump tables!");
 293
 294   MachOWriter::MachOSection *Sec = MOW.getJumpTableSection();
 295   unsigned TextSecIndex = MOW.getTextSection()->Index;
 296   OutputBuffer SecDataOut(Sec->SectionData, is64Bit, isLittleEndian);
 297
 298   for (unsigned i = 0, e = JT.size(); i != e; ++i) {
 299     // For each jump table, record its offset from the start of the section,
 300     // reserve space for the relocations to the MBBs, and add the relocations.
 301     const std::vector<MachineBasicBlock*> &MBBs = JT[i].MBBs;
 302     JTLocations.push_back(Sec->SectionData.size());
 303     for (unsigned mi = 0, me = MBBs.size(); mi != me; ++mi) {
 304       MachineRelocation MR(MOW.GetJTRelocation(Sec->SectionData.size(),
 305                                                MBBs[mi]));
 306       MR.setResultPointer((void *)JTLocations[i]);
 307       MR.setConstantVal(TextSecIndex);
 308       Sec->Relocations.push_back(MR);
 309       SecDataOut.outaddr(0);
 310     }
 311   }
 312   // FIXME: remove when we have unified size + output buffer
 313   Sec->size = Sec->SectionData.size();
 314 }
 315
 316 //===----------------------------------------------------------------------===//
 317 //                          MachOWriter Implementation
 318 //===----------------------------------------------------------------------===//
 319
 320 char MachOWriter::ID = 0;
 321 MachOWriter::MachOWriter(std::ostream &o, TargetMachine &tm)
 322   : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID), O(o), TM(tm) {
 323   is64Bit = TM.getTargetData()->getPointerSizeInBits() == 64;
 324   isLittleEndian = TM.getTargetData()->isLittleEndian();
 325
 326   // Create the machine code emitter object for this target.
 327   MCE = new MachOCodeEmitter(*this);
 328 }
 329
 330 MachOWriter::~MachOWriter() {
 331   delete MCE;
 332 }
 333
 334 void MachOWriter::AddSymbolToSection(MachOSection *Sec, GlobalVariable *GV) {
 335   const Type *Ty = GV->getType()->getElementType();
 336   unsigned Size = TM.getTargetData()->getABITypeSize(Ty);
 337   unsigned Align = GV->getAlignment();
 338   if (Align == 0)
 339     Align = TM.getTargetData()->getPrefTypeAlignment(Ty);
 340
 341   // Reserve space in the .bss section for this symbol while maintaining the
 342   // desired section alignment, which must be at least as much as required by
 343   // this symbol.
 344   OutputBuffer SecDataOut(Sec->SectionData, is64Bit, isLittleEndian);
 345
 346   if (Align) {
 347     uint64_t OrigSize = Sec->size;
 348     Align = Log2_32(Align);
 349     Sec->align = std::max(unsigned(Sec->align), Align);
 350     Sec->size = (Sec->size + Align - 1) & ~(Align-1);
 351
 352     // Add alignment padding to buffer as well.
 353     // FIXME: remove when we have unified size + output buffer
 354     unsigned AlignedSize = Sec->size - OrigSize;
 355     for (unsigned i = 0; i < AlignedSize; ++i)
 356       SecDataOut.outbyte(0);
 357   }
 358   // Globals without external linkage apparently do not go in the symbol table.
 359   if (GV->getLinkage() != GlobalValue::InternalLinkage) {
 360     MachOSym Sym(GV, Mang->getValueName(GV), Sec->Index, TM);
 361     Sym.n_value = Sec->size;
 362     SymbolTable.push_back(Sym);
 363   }
 364
 365   // Record the offset of the symbol, and then allocate space for it.
 366   // FIXME: remove when we have unified size + output buffer
 367   Sec->size += Size;
 368
 369   // Now that we know what section the GlovalVariable is going to be emitted
 370   // into, update our mappings.
 371   // FIXME: We may also need to update this when outputting non-GlobalVariable
 372   // GlobalValues such as functions.
 373   GVSection[GV] = Sec;
 374   GVOffset[GV] = Sec->SectionData.size();
 375
 376   // Allocate space in the section for the global.
 377   for (unsigned i = 0; i < Size; ++i)
 378     SecDataOut.outbyte(0);
 379 }
 380
 381 void MachOWriter::EmitGlobal(GlobalVariable *GV) {
 382   const Type *Ty = GV->getType()->getElementType();
 383   unsigned Size = TM.getTargetData()->getABITypeSize(Ty);
 384   bool NoInit = !GV->hasInitializer();
 385
 386   // If this global has a zero initializer, it is part of the .bss or common
 387   // section.
 388   if (NoInit || GV->getInitializer()->isNullValue()) {
 389     // If this global is part of the common block, add it now.  Variables are
 390     // part of the common block if they are zero initialized and allowed to be
 391     // merged with other symbols.
 392     if (NoInit || GV->hasLinkOnceLinkage() || GV->hasWeakLinkage()) {
 393       MachOSym ExtOrCommonSym(GV, Mang->getValueName(GV), MachOSym::NO_SECT,TM);
 394       // For undefined (N_UNDF) external (N_EXT) types, n_value is the size in
 395       // bytes of the symbol.
 396       ExtOrCommonSym.n_value = Size;
 397       SymbolTable.push_back(ExtOrCommonSym);
 398       // Remember that we've seen this symbol
 399       GVOffset[GV] = Size;
 400       return;
 401     }
 402     // Otherwise, this symbol is part of the .bss section.
 403     MachOSection *BSS = getBSSSection();
 404     AddSymbolToSection(BSS, GV);
 405     return;
 406   }
 407
 408   // Scalar read-only data goes in a literal section if the scalar is 4, 8, or
 409   // 16 bytes, or a cstring.  Other read only data goes into a regular const
 410   // section.  Read-write data goes in the data section.
 411   MachOSection *Sec = GV->isConstant() ? getConstSection(GV->getInitializer()) :
 412                                          getDataSection();
 413   AddSymbolToSection(Sec, GV);
 414   InitMem(GV->getInitializer(), &Sec->SectionData[0], GVOffset[GV],
 415           TM.getTargetData(), Sec->Relocations);
 416 }
 417
 418
 419 bool MachOWriter::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
 420   // Nothing to do here, this is all done through the MCE object.
 421   return false;
 422 }
 423
 424 bool MachOWriter::doInitialization(Module &M) {
 425   // Set the magic value, now that we know the pointer size and endianness
 426   Header.setMagic(isLittleEndian, is64Bit);
 427
 428   // Set the file type
 429   // FIXME: this only works for object files, we do not support the creation
 430   //        of dynamic libraries or executables at this time.
 431   Header.filetype = MachOHeader::MH_OBJECT;
 432
 433   Mang = new Mangler(M);
 434   return false;
 435 }
 436
 437 /// doFinalization - Now that the module has been completely processed, emit
 438 /// the Mach-O file to 'O'.
 439 bool MachOWriter::doFinalization(Module &M) {
 440   // FIXME: we don't handle debug info yet, we should probably do that.
 441
 442   // Okay, the.text section has been completed, build the .data, .bss, and
 443   // "common" sections next.
 444   for (Module::global_iterator I = M.global_begin(), E = M.global_end();
 445        I != E; ++I)
 446     EmitGlobal(I);
 447
 448   // Emit the header and load commands.
 449   EmitHeaderAndLoadCommands();
 450
 451   // Emit the various sections and their relocation info.
 452   EmitSections();
 453
 454   // Write the symbol table and the string table to the end of the file.
 455   O.write((char*)&SymT[0], SymT.size());
 456   O.write((char*)&StrT[0], StrT.size());
 457
 458   // We are done with the abstract symbols.
 459   SectionList.clear();
 460   SymbolTable.clear();
 461   DynamicSymbolTable.clear();
 462
 463   // Release the name mangler object.
 464   delete Mang; Mang = 0;
 465   return false;
 466 }
 467
 468 void MachOWriter::EmitHeaderAndLoadCommands() {
 469   // Step #0: Fill in the segment load command size, since we need it to figure
 470   //          out the rest of the header fields
 471   MachOSegment SEG("", is64Bit);
 472   SEG.nsects  = SectionList.size();
 473   SEG.cmdsize = SEG.cmdSize(is64Bit) +
 474                 SEG.nsects * SectionList[0]->cmdSize(is64Bit);
 475
 476   // Step #1: calculate the number of load commands.  We always have at least
 477   //          one, for the LC_SEGMENT load command, plus two for the normal
 478   //          and dynamic symbol tables, if there are any symbols.
 479   Header.ncmds = SymbolTable.empty() ? 1 : 3;
 480
 481   // Step #2: calculate the size of the load commands
 482   Header.sizeofcmds = SEG.cmdsize;
 483   if (!SymbolTable.empty())
 484     Header.sizeofcmds += SymTab.cmdsize + DySymTab.cmdsize;
 485
 486   // Step #3: write the header to the file
 487   // Local alias to shortenify coming code.
 488   DataBuffer &FH = Header.HeaderData;
 489   OutputBuffer FHOut(FH, is64Bit, isLittleEndian);
 490
 491   FHOut.outword(Header.magic);
 492   FHOut.outword(TM.getMachOWriterInfo()->getCPUType());
 493   FHOut.outword(TM.getMachOWriterInfo()->getCPUSubType());
 494   FHOut.outword(Header.filetype);
 495   FHOut.outword(Header.ncmds);
 496   FHOut.outword(Header.sizeofcmds);
 497   FHOut.outword(Header.flags);
 498   if (is64Bit)
 499     FHOut.outword(Header.reserved);
 500
 501   // Step #4: Finish filling in the segment load command and write it out
 502   for (std::vector<MachOSection*>::iterator I = SectionList.begin(),
 503          E = SectionList.end(); I != E; ++I)
 504     SEG.filesize += (*I)->size;
 505
 506   SEG.vmsize = SEG.filesize;
 507   SEG.fileoff = Header.cmdSize(is64Bit) + Header.sizeofcmds;
 508
 509   FHOut.outword(SEG.cmd);
 510   FHOut.outword(SEG.cmdsize);
 511   FHOut.outstring(SEG.segname, 16);
 512   FHOut.outaddr(SEG.vmaddr);
 513   FHOut.outaddr(SEG.vmsize);
 514   FHOut.outaddr(SEG.fileoff);
 515   FHOut.outaddr(SEG.filesize);
 516   FHOut.outword(SEG.maxprot);
 517   FHOut.outword(SEG.initprot);
 518   FHOut.outword(SEG.nsects);
 519   FHOut.outword(SEG.flags);
 520
 521   // Step #5: Finish filling in the fields of the MachOSections
 522   uint64_t currentAddr = 0;
 523   for (std::vector<MachOSection*>::iterator I = SectionList.begin(),
 524          E = SectionList.end(); I != E; ++I) {
 525     MachOSection *MOS = *I;
 526     MOS->addr = currentAddr;
 527     MOS->offset = currentAddr + SEG.fileoff;
 528
 529     // FIXME: do we need to do something with alignment here?
 530     currentAddr += MOS->size;
 531   }
 532
 533   // Step #6: Emit the symbol table to temporary buffers, so that we know the
 534   // size of the string table when we write the next load command.  This also
 535   // sorts and assigns indices to each of the symbols, which is necessary for
 536   // emitting relocations to externally-defined objects.
 537   BufferSymbolAndStringTable();
 538
 539   // Step #7: Calculate the number of relocations for each section and write out
 540   // the section commands for each section
 541   currentAddr += SEG.fileoff;
 542   for (std::vector<MachOSection*>::iterator I = SectionList.begin(),
 543          E = SectionList.end(); I != E; ++I) {
 544     MachOSection *MOS = *I;
 545     // Convert the relocations to target-specific relocations, and fill in the
 546     // relocation offset for this section.
 547     CalculateRelocations(*MOS);
 548     MOS->reloff = MOS->nreloc ? currentAddr : 0;
 549     currentAddr += MOS->nreloc * 8;
 550
 551     // write the finalized section command to the output buffer
 552     FHOut.outstring(MOS->sectname, 16);
 553     FHOut.outstring(MOS->segname, 16);
 554     FHOut.outaddr(MOS->addr);
 555     FHOut.outaddr(MOS->size);
 556     FHOut.outword(MOS->offset);
 557     FHOut.outword(MOS->align);
 558     FHOut.outword(MOS->reloff);
 559     FHOut.outword(MOS->nreloc);
 560     FHOut.outword(MOS->flags);
 561     FHOut.outword(MOS->reserved1);
 562     FHOut.outword(MOS->reserved2);
 563     if (is64Bit)
 564       FHOut.outword(MOS->reserved3);
 565   }
 566
 567   // Step #8: Emit LC_SYMTAB/LC_DYSYMTAB load commands
 568   SymTab.symoff  = currentAddr;
 569   SymTab.nsyms   = SymbolTable.size();
 570   SymTab.stroff  = SymTab.symoff + SymT.size();
 571   SymTab.strsize = StrT.size();
 572   FHOut.outword(SymTab.cmd);
 573   FHOut.outword(SymTab.cmdsize);
 574   FHOut.outword(SymTab.symoff);
 575   FHOut.outword(SymTab.nsyms);
 576   FHOut.outword(SymTab.stroff);
 577   FHOut.outword(SymTab.strsize);
 578
 579   // FIXME: set DySymTab fields appropriately
 580   // We should probably just update these in BufferSymbolAndStringTable since
 581   // thats where we're partitioning up the different kinds of symbols.
 582   FHOut.outword(DySymTab.cmd);
 583   FHOut.outword(DySymTab.cmdsize);
 584   FHOut.outword(DySymTab.ilocalsym);
 585   FHOut.outword(DySymTab.nlocalsym);
 586   FHOut.outword(DySymTab.iextdefsym);
 587   FHOut.outword(DySymTab.nextdefsym);
 588   FHOut.outword(DySymTab.iundefsym);
 589   FHOut.outword(DySymTab.nundefsym);
 590   FHOut.outword(DySymTab.tocoff);
 591   FHOut.outword(DySymTab.ntoc);
 592   FHOut.outword(DySymTab.modtaboff);
 593   FHOut.outword(DySymTab.nmodtab);
 594   FHOut.outword(DySymTab.extrefsymoff);
 595   FHOut.outword(DySymTab.nextrefsyms);
 596   FHOut.outword(DySymTab.indirectsymoff);
 597   FHOut.outword(DySymTab.nindirectsyms);
 598   FHOut.outword(DySymTab.extreloff);
 599   FHOut.outword(DySymTab.nextrel);
 600   FHOut.outword(DySymTab.locreloff);
 601   FHOut.outword(DySymTab.nlocrel);
 602
 603   O.write((char*)&FH[0], FH.size());
 604 }
 605
 606 /// EmitSections - Now that we have constructed the file header and load
 607 /// commands, emit the data for each section to the file.
 608 void MachOWriter::EmitSections() {
 609   for (std::vector<MachOSection*>::iterator I = SectionList.begin(),
 610          E = SectionList.end(); I != E; ++I)
 611     // Emit the contents of each section
 612     O.write((char*)&(*I)->SectionData[0], (*I)->size);
 613   for (std::vector<MachOSection*>::iterator I = SectionList.begin(),
 614          E = SectionList.end(); I != E; ++I)
 615     // Emit the relocation entry data for each section.
 616     O.write((char*)&(*I)->RelocBuffer[0], (*I)->RelocBuffer.size());
 617 }
 618
 619 /// PartitionByLocal - Simple boolean predicate that returns true if Sym is
 620 /// a local symbol rather than an external symbol.
 621 bool MachOWriter::PartitionByLocal(const MachOSym &Sym) {
 622   return (Sym.n_type & (MachOSym::N_EXT | MachOSym::N_PEXT)) == 0;
 623 }
 624
 625 /// PartitionByDefined - Simple boolean predicate that returns true if Sym is
 626 /// defined in this module.
 627 bool MachOWriter::PartitionByDefined(const MachOSym &Sym) {
 628   // FIXME: Do N_ABS or N_INDR count as defined?
 629   return (Sym.n_type & MachOSym::N_SECT) == MachOSym::N_SECT;
 630 }
 631
 632 /// BufferSymbolAndStringTable - Sort the symbols we encountered and assign them
 633 /// each a string table index so that they appear in the correct order in the
 634 /// output file.
 635 void MachOWriter::BufferSymbolAndStringTable() {
 636   // The order of the symbol table is:
 637   // 1. local symbols
 638   // 2. defined external symbols (sorted by name)
 639   // 3. undefined external symbols (sorted by name)
 640
 641   // Before sorting the symbols, check the PendingGlobals for any undefined
 642   // globals that need to be put in the symbol table.
 643   for (std::vector<GlobalValue*>::iterator I = PendingGlobals.begin(),
 644          E = PendingGlobals.end(); I != E; ++I) {
 645     if (GVOffset[*I] == 0 && GVSection[*I] == 0) {
 646       MachOSym UndfSym(*I, Mang->getValueName(*I), MachOSym::NO_SECT, TM);
 647       SymbolTable.push_back(UndfSym);
 648       GVOffset[*I] = -1;
 649     }
 650   }
 651
 652   // Sort the symbols by name, so that when we partition the symbols by scope
 653   // of definition, we won't have to sort by name within each partition.
 654   std::sort(SymbolTable.begin(), SymbolTable.end(), MachOSymCmp());
 655
 656   // Parition the symbol table entries so that all local symbols come before
 657   // all symbols with external linkage. { 1 | 2 3 }
 658   std::partition(SymbolTable.begin(), SymbolTable.end(), PartitionByLocal);
 659
 660   // Advance iterator to beginning of external symbols and partition so that
 661   // all external symbols defined in this module come before all external
 662   // symbols defined elsewhere. { 1 | 2 | 3 }
 663   for (std::vector<MachOSym>::iterator I = SymbolTable.begin(),
 664          E = SymbolTable.end(); I != E; ++I) {
 665     if (!PartitionByLocal(*I)) {
 666       std::partition(I, E, PartitionByDefined);
 667       break;
 668     }
 669   }
 670
 671   // Calculate the starting index for each of the local, extern defined, and
 672   // undefined symbols, as well as the number of each to put in the LC_DYSYMTAB
 673   // load command.
 674   for (std::vector<MachOSym>::iterator I = SymbolTable.begin(),
 675          E = SymbolTable.end(); I != E; ++I) {
 676     if (PartitionByLocal(*I)) {
 677       ++DySymTab.nlocalsym;
 678       ++DySymTab.iextdefsym;
 679       ++DySymTab.iundefsym;
 680     } else if (PartitionByDefined(*I)) {
 681       ++DySymTab.nextdefsym;
 682       ++DySymTab.iundefsym;
 683     } else {
 684       ++DySymTab.nundefsym;
 685     }
 686   }
 687
 688   // Write out a leading zero byte when emitting string table, for n_strx == 0
 689   // which means an empty string.
 690   OutputBuffer StrTOut(StrT, is64Bit, isLittleEndian);
 691   StrTOut.outbyte(0);
 692
 693   // The order of the string table is:
 694   // 1. strings for external symbols
 695   // 2. strings for local symbols
 696   // Since this is the opposite order from the symbol table, which we have just
 697   // sorted, we can walk the symbol table backwards to output the string table.
 698   for (std::vector<MachOSym>::reverse_iterator I = SymbolTable.rbegin(),
 699         E = SymbolTable.rend(); I != E; ++I) {
 700     if (I->GVName == "") {
 701       I->n_strx = 0;
 702     } else {
 703       I->n_strx = StrT.size();
 704       StrTOut.outstring(I->GVName, I->GVName.length()+1);
 705     }
 706   }
 707
 708   OutputBuffer SymTOut(SymT, is64Bit, isLittleEndian);
 709
 710   unsigned index = 0;
 711   for (std::vector<MachOSym>::iterator I = SymbolTable.begin(),
 712          E = SymbolTable.end(); I != E; ++I, ++index) {
 713     // Add the section base address to the section offset in the n_value field
 714     // to calculate the full address.
 715     // FIXME: handle symbols where the n_value field is not the address
 716     GlobalValue *GV = const_cast<GlobalValue*>(I->GV);
 717     if (GV && GVSection[GV])
 718       I->n_value += GVSection[GV]->addr;
 719     if (GV && (GVOffset[GV] == -1))
 720       GVOffset[GV] = index;
 721
 722     // Emit nlist to buffer
 723     SymTOut.outword(I->n_strx);
 724     SymTOut.outbyte(I->n_type);
 725     SymTOut.outbyte(I->n_sect);
 726     SymTOut.outhalf(I->n_desc);
 727     SymTOut.outaddr(I->n_value);
 728   }
 729 }
 730
 731 /// CalculateRelocations - For each MachineRelocation in the current section,
 732 /// calculate the index of the section containing the object to be relocated,
 733 /// and the offset into that section.  From this information, create the
 734 /// appropriate target-specific MachORelocation type and add buffer it to be
 735 /// written out after we are finished writing out sections.
 736 void MachOWriter::CalculateRelocations(MachOSection &MOS) {
 737   for (unsigned i = 0, e = MOS.Relocations.size(); i != e; ++i) {
 738     MachineRelocation &MR = MOS.Relocations[i];
 739     unsigned TargetSection = MR.getConstantVal();
 740     unsigned TargetAddr = 0;
 741     unsigned TargetIndex = 0;
 742
 743     // This is a scattered relocation entry if it points to a global value with
 744     // a non-zero offset.
 745     bool Scattered = false;
 746     bool Extern = false;
 747
 748     // Since we may not have seen the GlobalValue we were interested in yet at
 749     // the time we emitted the relocation for it, fix it up now so that it
 750     // points to the offset into the correct section.
 751     if (MR.isGlobalValue()) {
 752       GlobalValue *GV = MR.getGlobalValue();
 753       MachOSection *MOSPtr = GVSection[GV];
 754       intptr_t Offset = GVOffset[GV];
 755
 756       // If we have never seen the global before, it must be to a symbol
 757       // defined in another module (N_UNDF).
 758       if (!MOSPtr) {
 759         // FIXME: need to append stub suffix
 760         Extern = true;
 761         TargetAddr = 0;
 762         TargetIndex = GVOffset[GV];
 763       } else {
 764         Scattered = TargetSection != 0;
 765         TargetSection = MOSPtr->Index;
 766       }
 767       MR.setResultPointer((void*)Offset);
 768     }
 769
 770     // If the symbol is locally defined, pass in the address of the section and
 771     // the section index to the code which will generate the target relocation.
 772     if (!Extern) {
 773         MachOSection &To = *SectionList[TargetSection - 1];
 774         TargetAddr = To.addr;
 775         TargetIndex = To.Index;
 776     }
 777
 778     OutputBuffer RelocOut(MOS.RelocBuffer, is64Bit, isLittleEndian);
 779     OutputBuffer SecOut(MOS.SectionData, is64Bit, isLittleEndian);
 780
 781     MOS.nreloc += GetTargetRelocation(MR, MOS.Index, TargetAddr, TargetIndex,
 782                                       RelocOut, SecOut, Scattered, Extern);
 783   }
 784 }
 785
 786 // InitMem - Write the value of a Constant to the specified memory location,
 787 // converting it into bytes and relocations.
 788 void MachOWriter::InitMem(const Constant *C, void *Addr, intptr_t Offset,
 789                           const TargetData *TD,
 790                           std::vector<MachineRelocation> &MRs) {
 791   typedef std::pair<const Constant*, intptr_t> CPair;
 792   std::vector<CPair> WorkList;
 793
 794   WorkList.push_back(CPair(C,(intptr_t)Addr + Offset));
 795
 796   intptr_t ScatteredOffset = 0;
 797
 798   while (!WorkList.empty()) {
 799     const Constant *PC = WorkList.back().first;
 800     intptr_t PA = WorkList.back().second;
 801     WorkList.pop_back();
 802
 803     if (isa<UndefValue>(PC)) {
 804       continue;
 805     } else if (const ConstantVector *CP = dyn_cast<ConstantVector>(PC)) {
 806       unsigned ElementSize =
 807         TD->getABITypeSize(CP->getType()->getElementType());
 808       for (unsigned i = 0, e = CP->getNumOperands(); i != e; ++i)
 809         WorkList.push_back(CPair(CP->getOperand(i), PA+i*ElementSize));
 810     } else if (const ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(PC)) {
 811       //
 812       // FIXME: Handle ConstantExpression.  See EE::getConstantValue()
 813       //
 814       switch (CE->getOpcode()) {
 815       case Instruction::GetElementPtr: {
 816         SmallVector<Value*, 8> Indices(CE->op_begin()+1, CE->op_end());
 817         ScatteredOffset = TD->getIndexedOffset(CE->getOperand(0)->getType(),
 818                                                &Indices[0], Indices.size());
 819         WorkList.push_back(CPair(CE->getOperand(0), PA));
 820         break;
 821       }
 822       case Instruction::Add:
 823       default:
 824         cerr << "ConstantExpr not handled as global var init: " << *CE << "\n";
 825         abort();
 826         break;
 827       }
 828     } else if (PC->getType()->isFirstClassType()) {
 829       unsigned char *ptr = (unsigned char *)PA;
 830       switch (PC->getType()->getTypeID()) {
 831       case Type::IntegerTyID: {
 832         unsigned NumBits = cast<IntegerType>(PC->getType())->getBitWidth();
 833         uint64_t val = cast<ConstantInt>(PC)->getZExtValue();
 834         if (NumBits <= 8)
 835           ptr[0] = val;
 836         else if (NumBits <= 16) {
 837           if (TD->isBigEndian())
 838             val = ByteSwap_16(val);
 839           ptr[0] = val;
 840           ptr[1] = val >> 8;
 841         } else if (NumBits <= 32) {
 842           if (TD->isBigEndian())
 843             val = ByteSwap_32(val);
 844           ptr[0] = val;
 845           ptr[1] = val >> 8;
 846           ptr[2] = val >> 16;
 847           ptr[3] = val >> 24;
 848         } else if (NumBits <= 64) {
 849           if (TD->isBigEndian())
 850             val = ByteSwap_64(val);
 851           ptr[0] = val;
 852           ptr[1] = val >> 8;
 853           ptr[2] = val >> 16;
 854           ptr[3] = val >> 24;
 855           ptr[4] = val >> 32;
 856           ptr[5] = val >> 40;
 857           ptr[6] = val >> 48;
 858           ptr[7] = val >> 56;
 859         } else {
 860           assert(0 && "Not implemented: bit widths > 64");
 861         }
 862         break;
 863       }
 864       case Type::FloatTyID: {
 865         uint32_t val = cast<ConstantFP>(PC)->getValueAPF().convertToAPInt().
 866                         getZExtValue();
 867         if (TD->isBigEndian())
 868           val = ByteSwap_32(val);
 869         ptr[0] = val;
 870         ptr[1] = val >> 8;
 871         ptr[2] = val >> 16;
 872         ptr[3] = val >> 24;
 873         break;
 874       }
 875       case Type::DoubleTyID: {
 876         uint64_t val = cast<ConstantFP>(PC)->getValueAPF().convertToAPInt().
 877                          getZExtValue();
 878         if (TD->isBigEndian())
 879           val = ByteSwap_64(val);
 880         ptr[0] = val;
 881         ptr[1] = val >> 8;
 882         ptr[2] = val >> 16;
 883         ptr[3] = val >> 24;
 884         ptr[4] = val >> 32;
 885         ptr[5] = val >> 40;
 886         ptr[6] = val >> 48;
 887         ptr[7] = val >> 56;
 888         break;
 889       }
 890       case Type::PointerTyID:
 891         if (isa<ConstantPointerNull>(PC))
 892           memset(ptr, 0, TD->getPointerSize());
 893         else if (const GlobalValue* GV = dyn_cast<GlobalValue>(PC)) {
 894           // FIXME: what about function stubs?
 895           MRs.push_back(MachineRelocation::getGV(PA-(intptr_t)Addr,
 896                                                  MachineRelocation::VANILLA,
 897                                                  const_cast<GlobalValue*>(GV),
 898                                                  ScatteredOffset));
 899           ScatteredOffset = 0;
 900         } else
 901           assert(0 && "Unknown constant pointer type!");
 902         break;
 903       default:
 904         cerr << "ERROR: Constant unimp for type: " << *PC->getType() << "\n";
 905         abort();
 906       }
 907     } else if (isa<ConstantAggregateZero>(PC)) {
 908       memset((void*)PA, 0, (size_t)TD->getABITypeSize(PC->getType()));
 909     } else if (const ConstantArray *CPA = dyn_cast<ConstantArray>(PC)) {
 910       unsigned ElementSize =
 911         TD->getABITypeSize(CPA->getType()->getElementType());
 912       for (unsigned i = 0, e = CPA->getNumOperands(); i != e; ++i)
 913         WorkList.push_back(CPair(CPA->getOperand(i), PA+i*ElementSize));
 914     } else if (const ConstantStruct *CPS = dyn_cast<ConstantStruct>(PC)) {
 915       const StructLayout *SL =
 916         TD->getStructLayout(cast<StructType>(CPS->getType()));
 917       for (unsigned i = 0, e = CPS->getNumOperands(); i != e; ++i)
 918         WorkList.push_back(CPair(CPS->getOperand(i),
 919                                  PA+SL->getElementOffset(i)));
 920     } else {
 921       cerr << "Bad Type: " << *PC->getType() << "\n";
 922       assert(0 && "Unknown constant type to initialize memory with!");
 923     }
 924   }
 925 }
 926
 927 MachOSym::MachOSym(const GlobalValue *gv, std::string name, uint8_t sect,
 928                    TargetMachine &TM) :
 929   GV(gv), n_strx(0), n_type(sect == NO_SECT ? N_UNDF : N_SECT), n_sect(sect),
 930   n_desc(0), n_value(0) {
 931
 932   const TargetAsmInfo *TAI = TM.getTargetAsmInfo();
 933
 934   switch (GV->getLinkage()) {
 935   default:
 936     assert(0 && "Unexpected linkage type!");
 937     break;
 938   case GlobalValue::WeakLinkage:
 939   case GlobalValue::LinkOnceLinkage:
 940     assert(!isa<Function>(gv) && "Unexpected linkage type for Function!");
 941   case GlobalValue::ExternalLinkage:
 942     GVName = TAI->getGlobalPrefix() + name;
 943     n_type |= GV->hasHiddenVisibility() ? N_PEXT : N_EXT;
 944     break;
 945   case GlobalValue::InternalLinkage:
 946     GVName = TAI->getGlobalPrefix() + name;
 947     break;
 948   }
 949 }