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[oota-llvm.git] / lib / Linker / LinkModules.cpp
1 //===- Linker.cpp - Module Linker Implementation --------------------------===//
2 //
3 // This file implements the LLVM module linker.
4 //
5 // Specifically, this:
6 //  * Merges global variables between the two modules
7 //    * Uninit + Uninit = Init, Init + Uninit = Init, Init + Init = Error if !=
8 //  * Merges functions between two modules
9 //
10 //===----------------------------------------------------------------------===//
11
12 #include "llvm/Transforms/Utils/Linker.h"
13 #include "llvm/Module.h"
14 #include "llvm/SymbolTable.h"
15 #include "llvm/DerivedTypes.h"
16 #include "llvm/iOther.h"
17 #include "llvm/Constants.h"
18
19 // Error - Simple wrapper function to conditionally assign to E and return true.
20 // This just makes error return conditions a little bit simpler...
21 //
22 static inline bool Error(std::string *E, std::string Message) {
23   if (E) *E = Message;
24   return true;
25 }
26
27 // LinkTypes - Go through the symbol table of the Src module and see if any
28 // types are named in the src module that are not named in the Dst module.
29 // Make sure there are no type name conflicts.
30 //
31 static bool LinkTypes(Module *Dest, const Module *Src, std::string *Err) {
32   SymbolTable       *DestST = &Dest->getSymbolTable();
33   const SymbolTable *SrcST  = &Src->getSymbolTable();
34
35   // Look for a type plane for Type's...
36   SymbolTable::const_iterator PI = SrcST->find(Type::TypeTy);
37   if (PI == SrcST->end()) return false;  // No named types, do nothing.
38
39   const SymbolTable::VarMap &VM = PI->second;
40   for (SymbolTable::type_const_iterator I = VM.begin(), E = VM.end();
41        I != E; ++I) {
42     const std::string &Name = I->first;
43     const Type *RHS = cast<Type>(I->second);
44
45     // Check to see if this type name is already in the dest module...
46     const Type *Entry = cast_or_null<Type>(DestST->lookup(Type::TypeTy, Name));
47     if (Entry && !isa<OpaqueType>(Entry)) {  // Yup, the value already exists...
48       if (Entry != RHS) {
49         if (OpaqueType *OT = dyn_cast<OpaqueType>(const_cast<Type*>(RHS))) {
50           OT->refineAbstractTypeTo(Entry);
51         } else {
52           // If it's the same, noop.  Otherwise, error.
53           return Error(Err, "Type named '" + Name + 
54                        "' of different shape in modules.\n  Src='" + 
55                        Entry->getDescription() + "'.\n  Dst='" + 
56                        RHS->getDescription() + "'");
57         }
58       }
59     } else {                       // Type not in dest module.  Add it now.
60       if (Entry) {
61         OpaqueType *OT = cast<OpaqueType>(const_cast<Type*>(Entry));
62         OT->refineAbstractTypeTo(RHS);
63       }
64
65       // TODO: FIXME WHEN TYPES AREN'T CONST
66       DestST->insert(Name, const_cast<Type*>(RHS));
67     }
68   }
69   return false;
70 }
71
72 static void PrintMap(const std::map<const Value*, Value*> &M) {
73   for (std::map<const Value*, Value*>::const_iterator I = M.begin(), E =M.end();
74        I != E; ++I) {
75     std::cerr << " Fr: " << (void*)I->first << " ";
76     I->first->dump();
77     std::cerr << " To: " << (void*)I->second << " ";
78     I->second->dump();
79     std::cerr << "\n";
80   }
81 }
82
83
84 // RemapOperand - Use LocalMap and GlobalMap to convert references from one
85 // module to another.  This is somewhat sophisticated in that it can
86 // automatically handle constant references correctly as well...
87 //
88 static Value *RemapOperand(const Value *In,
89                            std::map<const Value*, Value*> &LocalMap,
90                            std::map<const Value*, Value*> *GlobalMap) {
91   std::map<const Value*,Value*>::const_iterator I = LocalMap.find(In);
92   if (I != LocalMap.end()) return I->second;
93
94   if (GlobalMap) {
95     I = GlobalMap->find(In);
96     if (I != GlobalMap->end()) return I->second;
97   }
98
99   // Check to see if it's a constant that we are interesting in transforming...
100   if (const Constant *CPV = dyn_cast<Constant>(In)) {
101     if (!isa<DerivedType>(CPV->getType()) && !isa<ConstantExpr>(CPV))
102       return const_cast<Constant*>(CPV);   // Simple constants stay identical...
103
104     Constant *Result = 0;
105
106     if (const ConstantArray *CPA = dyn_cast<ConstantArray>(CPV)) {
107       const std::vector<Use> &Ops = CPA->getValues();
108       std::vector<Constant*> Operands(Ops.size());
109       for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i)
110         Operands[i] = 
111           cast<Constant>(RemapOperand(Ops[i], LocalMap, GlobalMap));
112       Result = ConstantArray::get(cast<ArrayType>(CPA->getType()), Operands);
113     } else if (const ConstantStruct *CPS = dyn_cast<ConstantStruct>(CPV)) {
114       const std::vector<Use> &Ops = CPS->getValues();
115       std::vector<Constant*> Operands(Ops.size());
116       for (unsigned i = 0; i < Ops.size(); ++i)
117         Operands[i] = 
118           cast<Constant>(RemapOperand(Ops[i], LocalMap, GlobalMap));
119       Result = ConstantStruct::get(cast<StructType>(CPS->getType()), Operands);
120     } else if (isa<ConstantPointerNull>(CPV)) {
121       Result = const_cast<Constant*>(CPV);
122     } else if (const ConstantPointerRef *CPR =
123                       dyn_cast<ConstantPointerRef>(CPV)) {
124       Value *V = RemapOperand(CPR->getValue(), LocalMap, GlobalMap);
125       Result = ConstantPointerRef::get(cast<GlobalValue>(V));
126     } else if (const ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(CPV)) {
127       if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
128         Value *Ptr = RemapOperand(CE->getOperand(0), LocalMap, GlobalMap);
129         std::vector<Constant*> Indices;
130         Indices.reserve(CE->getNumOperands()-1);
131         for (unsigned i = 1, e = CE->getNumOperands(); i != e; ++i)
132           Indices.push_back(cast<Constant>(RemapOperand(CE->getOperand(i),
133                                                         LocalMap, GlobalMap)));
134
135         Result = ConstantExpr::getGetElementPtr(cast<Constant>(Ptr), Indices);
136       } else if (CE->getNumOperands() == 1) {
137         // Cast instruction
138         assert(CE->getOpcode() == Instruction::Cast);
139         Value *V = RemapOperand(CE->getOperand(0), LocalMap, GlobalMap);
140         Result = ConstantExpr::getCast(cast<Constant>(V), CE->getType());
141       } else if (CE->getNumOperands() == 2) {
142         // Binary operator...
143         Value *V1 = RemapOperand(CE->getOperand(0), LocalMap, GlobalMap);
144         Value *V2 = RemapOperand(CE->getOperand(1), LocalMap, GlobalMap);
145
146         Result = ConstantExpr::get(CE->getOpcode(), cast<Constant>(V1),
147                                    cast<Constant>(V2));        
148       } else {
149         assert(0 && "Unknown constant expr type!");
150       }
151
152     } else {
153       assert(0 && "Unknown type of derived type constant value!");
154     }
155
156     // Cache the mapping in our local map structure...
157     if (GlobalMap)
158       GlobalMap->insert(std::make_pair(In, Result));
159     else
160       LocalMap.insert(std::make_pair(In, Result));
161     return Result;
162   }
163
164   std::cerr << "XXX LocalMap: \n";
165   PrintMap(LocalMap);
166
167   if (GlobalMap) {
168     std::cerr << "XXX GlobalMap: \n";
169     PrintMap(*GlobalMap);
170   }
171
172   std::cerr << "Couldn't remap value: " << (void*)In << " " << *In << "\n";
173   assert(0 && "Couldn't remap value!");
174   return 0;
175 }
176
177
178 // LinkGlobals - Loop through the global variables in the src module and merge
179 // them into the dest module...
180 //
181 static bool LinkGlobals(Module *Dest, const Module *Src,
182                         std::map<const Value*, Value*> &ValueMap,
183                         std::string *Err) {
184   // We will need a module level symbol table if the src module has a module
185   // level symbol table...
186   SymbolTable *ST = (SymbolTable*)&Dest->getSymbolTable();
187   
188   // Loop over all of the globals in the src module, mapping them over as we go
189   //
190   for (Module::const_giterator I = Src->gbegin(), E = Src->gend(); I != E; ++I){
191     const GlobalVariable *SGV = I;
192     GlobalVariable *DGV = 0;
193     if (SGV->hasName()) {
194       // A same named thing is a global variable, because the only two things
195       // that may be in a module level symbol table are Global Vars and
196       // Functions, and they both have distinct, nonoverlapping, possible types.
197       // 
198       DGV = cast_or_null<GlobalVariable>(ST->lookup(SGV->getType(),
199                                                     SGV->getName()));
200     }
201
202     assert(SGV->hasInitializer() || SGV->hasExternalLinkage() &&
203            "Global must either be external or have an initializer!");
204
205     if (!DGV || DGV->hasInternalLinkage() || SGV->hasInternalLinkage()) {
206       // No linking to be performed, simply create an identical version of the
207       // symbol over in the dest module... the initializer will be filled in
208       // later by LinkGlobalInits...
209       //
210       DGV = new GlobalVariable(SGV->getType()->getElementType(),
211                                SGV->isConstant(), SGV->getLinkage(), /*init*/0,
212                                SGV->getName(), Dest);
213
214       // Make sure to remember this mapping...
215       ValueMap.insert(std::make_pair(SGV, DGV));
216     } else if (SGV->getLinkage() != DGV->getLinkage()) {
217       return Error(Err, "Global variables named '" + SGV->getName() +
218                    "' have different linkage specifiers!");
219     } else if (SGV->hasExternalLinkage() || SGV->hasLinkOnceLinkage() ||
220                SGV->hasAppendingLinkage()) {
221       // If the global variable has a name, and that name is already in use in
222       // the Dest module, make sure that the name is a compatible global
223       // variable...
224       //
225       // Check to see if the two GV's have the same Const'ness...
226       if (SGV->isConstant() != DGV->isConstant())
227         return Error(Err, "Global Variable Collision on '" + 
228                      SGV->getType()->getDescription() + "':%" + SGV->getName() +
229                      " - Global variables differ in const'ness");
230       // Okay, everything is cool, remember the mapping...
231       ValueMap.insert(std::make_pair(SGV, DGV));
232     } else {
233       assert(0 && "Unknown linkage!");
234     }
235   }
236   return false;
237 }
238
239
240 // LinkGlobalInits - Update the initializers in the Dest module now that all
241 // globals that may be referenced are in Dest.
242 //
243 static bool LinkGlobalInits(Module *Dest, const Module *Src,
244                             std::map<const Value*, Value*> &ValueMap,
245                             std::string *Err) {
246
247   // Loop over all of the globals in the src module, mapping them over as we go
248   //
249   for (Module::const_giterator I = Src->gbegin(), E = Src->gend(); I != E; ++I){
250     const GlobalVariable *SGV = I;
251
252     if (SGV->hasInitializer()) {      // Only process initialized GV's
253       // Figure out what the initializer looks like in the dest module...
254       Constant *SInit =
255         cast<Constant>(RemapOperand(SGV->getInitializer(), ValueMap, 0));
256
257       GlobalVariable *DGV = cast<GlobalVariable>(ValueMap[SGV]);    
258       if (DGV->hasInitializer()) {
259         assert(SGV->getLinkage() == DGV->getLinkage());
260         if (SGV->hasExternalLinkage()) {
261           if (DGV->getInitializer() != SInit)
262             return Error(Err, "Global Variable Collision on '" + 
263                          SGV->getType()->getDescription() +"':%"+SGV->getName()+
264                          " - Global variables have different initializers");
265         } else if (DGV->hasLinkOnceLinkage()) {
266           // Nothing is required, mapped values will take the new global
267           // automatically.
268         } else if (DGV->hasAppendingLinkage()) {
269           assert(0 && "Appending linkage unimplemented!");
270         } else {
271           assert(0 && "Unknown linkage!");
272         }
273       } else {
274         // Copy the initializer over now...
275         DGV->setInitializer(SInit);
276       }
277     }
278   }
279   return false;
280 }
281
282 // LinkFunctionProtos - Link the functions together between the two modules,
283 // without doing function bodies... this just adds external function prototypes
284 // to the Dest function...
285 //
286 static bool LinkFunctionProtos(Module *Dest, const Module *Src,
287                                std::map<const Value*, Value*> &ValueMap,
288                                std::string *Err) {
289   SymbolTable *ST = (SymbolTable*)&Dest->getSymbolTable();
290   
291   // Loop over all of the functions in the src module, mapping them over as we
292   // go
293   //
294   for (Module::const_iterator I = Src->begin(), E = Src->end(); I != E; ++I) {
295     const Function *SF = I;   // SrcFunction
296     Function *DF = 0;
297     if (SF->hasName())
298       // The same named thing is a Function, because the only two things
299       // that may be in a module level symbol table are Global Vars and
300       // Functions, and they both have distinct, nonoverlapping, possible types.
301       // 
302       DF = cast_or_null<Function>(ST->lookup(SF->getType(), SF->getName()));
303
304     if (!DF || SF->hasInternalLinkage() || DF->hasInternalLinkage()) {
305       // Function does not already exist, simply insert an external function
306       // signature identical to SF into the dest module...
307       Function *DF = new Function(SF->getFunctionType(), SF->getLinkage(),
308                                   SF->getName(), Dest);
309
310       // ... and remember this mapping...
311       ValueMap.insert(std::make_pair(SF, DF));
312     } else if (SF->getLinkage() != DF->getLinkage()) {
313       return Error(Err, "Functions named '" + SF->getName() +
314                    "' have different linkage specifiers!");
315     } else if (SF->getLinkage() == GlobalValue::AppendingLinkage) {
316       return Error(Err, "Functions named '" + SF->getName() +
317                    "' have appending linkage!");
318     } else if (SF->getLinkage() == GlobalValue::ExternalLinkage) {
319       // If the function has a name, and that name is already in use in the Dest
320       // module, make sure that the name is a compatible function...
321       //
322       // Check to make sure the function is not defined in both modules...
323       if (!SF->isExternal() && !DF->isExternal())
324         return Error(Err, "Function '" + 
325                      SF->getFunctionType()->getDescription() + "':\"" + 
326                      SF->getName() + "\" - Function is already defined!");
327       
328       // Otherwise, just remember this mapping...
329       ValueMap.insert(std::make_pair(SF, DF));
330     } else if (SF->getLinkage() == GlobalValue::LinkOnceLinkage) {
331       // Completely ignore the source function.
332       ValueMap.insert(std::make_pair(SF, DF));
333     }
334   }
335   return false;
336 }
337
338 // LinkFunctionBody - Copy the source function over into the dest function and
339 // fix up references to values.  At this point we know that Dest is an external
340 // function, and that Src is not.
341 //
342 static bool LinkFunctionBody(Function *Dest, const Function *Src,
343                              std::map<const Value*, Value*> &GlobalMap,
344                              std::string *Err) {
345   assert(Src && Dest && Dest->isExternal() && !Src->isExternal());
346   std::map<const Value*, Value*> LocalMap;   // Map for function local values
347
348   // Go through and convert function arguments over...
349   Function::aiterator DI = Dest->abegin();
350   for (Function::const_aiterator I = Src->abegin(), E = Src->aend();
351        I != E; ++I, ++DI) {
352     DI->setName(I->getName());  // Copy the name information over...
353
354     // Add a mapping to our local map
355     LocalMap.insert(std::make_pair(I, DI));
356   }
357
358   // Loop over all of the basic blocks, copying the instructions over...
359   //
360   for (Function::const_iterator I = Src->begin(), E = Src->end(); I != E; ++I) {
361     // Create new basic block and add to mapping and the Dest function...
362     BasicBlock *DBB = new BasicBlock(I->getName(), Dest);
363     LocalMap.insert(std::make_pair(I, DBB));
364
365     // Loop over all of the instructions in the src basic block, copying them
366     // over.  Note that this is broken in a strict sense because the cloned
367     // instructions will still be referencing values in the Src module, not
368     // the remapped values.  In our case, however, we will not get caught and 
369     // so we can delay patching the values up until later...
370     //
371     for (BasicBlock::const_iterator II = I->begin(), IE = I->end(); 
372          II != IE; ++II) {
373       Instruction *DI = II->clone();
374       DI->setName(II->getName());
375       DBB->getInstList().push_back(DI);
376       LocalMap.insert(std::make_pair(II, DI));
377     }
378   }
379
380   // At this point, all of the instructions and values of the function are now
381   // copied over.  The only problem is that they are still referencing values in
382   // the Source function as operands.  Loop through all of the operands of the
383   // functions and patch them up to point to the local versions...
384   //
385   for (Function::iterator BB = Dest->begin(), BE = Dest->end(); BB != BE; ++BB)
386     for (BasicBlock::iterator I = BB->begin(), E = BB->end(); I != E; ++I)
387       for (Instruction::op_iterator OI = I->op_begin(), OE = I->op_end();
388            OI != OE; ++OI)
389         *OI = RemapOperand(*OI, LocalMap, &GlobalMap);
390
391   return false;
392 }
393
394
395 // LinkFunctionBodies - Link in the function bodies that are defined in the
396 // source module into the DestModule.  This consists basically of copying the
397 // function over and fixing up references to values.
398 //
399 static bool LinkFunctionBodies(Module *Dest, const Module *Src,
400                                std::map<const Value*, Value*> &ValueMap,
401                                std::string *Err) {
402
403   // Loop over all of the functions in the src module, mapping them over as we
404   // go
405   //
406   for (Module::const_iterator SF = Src->begin(), E = Src->end(); SF != E; ++SF){
407     if (!SF->isExternal()) {                  // No body if function is external
408       Function *DF = cast<Function>(ValueMap[SF]); // Destination function
409
410       // DF not external SF external?
411       if (!DF->isExternal()) {
412         if (DF->hasLinkOnceLinkage()) continue; // No relinkage for link-once!
413         if (Err)
414           *Err = "Function '" + (SF->hasName() ? SF->getName() :std::string(""))
415                + "' body multiply defined!";
416         return true;
417       }
418
419       if (LinkFunctionBody(DF, SF, ValueMap, Err)) return true;
420     }
421   }
422   return false;
423 }
424
425
426
427 // LinkModules - This function links two modules together, with the resulting
428 // left module modified to be the composite of the two input modules.  If an
429 // error occurs, true is returned and ErrorMsg (if not null) is set to indicate
430 // the problem.  Upon failure, the Dest module could be in a modified state, and
431 // shouldn't be relied on to be consistent.
432 //
433 bool LinkModules(Module *Dest, const Module *Src, std::string *ErrorMsg) {
434
435   // LinkTypes - Go through the symbol table of the Src module and see if any
436   // types are named in the src module that are not named in the Dst module.
437   // Make sure there are no type name conflicts.
438   //
439   if (LinkTypes(Dest, Src, ErrorMsg)) return true;
440
441   // ValueMap - Mapping of values from what they used to be in Src, to what they
442   // are now in Dest.
443   //
444   std::map<const Value*, Value*> ValueMap;
445
446   // Insert all of the globals in src into the Dest module... without
447   // initializers
448   if (LinkGlobals(Dest, Src, ValueMap, ErrorMsg)) return true;
449
450   // Link the functions together between the two modules, without doing function
451   // bodies... this just adds external function prototypes to the Dest
452   // function...  We do this so that when we begin processing function bodies,
453   // all of the global values that may be referenced are available in our
454   // ValueMap.
455   //
456   if (LinkFunctionProtos(Dest, Src, ValueMap, ErrorMsg)) return true;
457
458   // Update the initializers in the Dest module now that all globals that may
459   // be referenced are in Dest.
460   //
461   if (LinkGlobalInits(Dest, Src, ValueMap, ErrorMsg)) return true;
462
463   // Link in the function bodies that are defined in the source module into the
464   // DestModule.  This consists basically of copying the function over and
465   // fixing up references to values.
466   //
467   if (LinkFunctionBodies(Dest, Src, ValueMap, ErrorMsg)) return true;
468
469   return false;
470 }
471