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