lib/CodeGen/MachOWriter.cpp

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