tools/gccld/gccld.cpp

   1 //===- gccld.cpp - LLVM 'ld' compatible linker ----------------------------===//
   2 //
   3 // This utility is intended to be compatible with GCC, and follows standard
   4 // system 'ld' conventions.  As such, the default output file is ./a.out.
   5 // Additionally, this program outputs a shell script that is used to invoke LLI
   6 // to execute the program.  In this manner, the generated executable (a.out for
   7 // example), is directly executable, whereas the bytecode file actually lives in
   8 // the a.out.bc file generated by this program.  Also, Force is on by default.
   9 //
  10 // Note that if someone (or a script) deletes the executable program generated,
  11 // the .bc file will be left around.  Considering that this is a temporary hack,
  12 // I'm not too worried about this.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #include "llvm/Transforms/Utils/Linker.h"
  17 #include "llvm/Module.h"
  18 #include "llvm/PassManager.h"
  19 #include "llvm/Bytecode/Reader.h"
  20 #include "llvm/Bytecode/WriteBytecodePass.h"
  21 #include "llvm/Target/TargetData.h"
  22 #include "llvm/Transforms/IPO.h"
  23 #include "llvm/Transforms/Scalar.h"
  24 #include "Support/CommandLine.h"
  25 #include "Support/Signals.h"
  26 #include <fstream>
  27 #include <memory>
  28 #include <set>
  29 #include <algorithm>
  30 #include <sys/types.h>     // For FileExists
  31 #include <sys/stat.h>
  32
  33 namespace {
  34   cl::list<std::string>
  35   InputFilenames(cl::Positional, cl::desc("<input bytecode files>"),
  36                  cl::OneOrMore);
  37
  38   cl::opt<std::string>
  39   OutputFilename("o", cl::desc("Override output filename"), cl::init("a.out"),
  40                  cl::value_desc("filename"));
  41
  42   cl::opt<bool>
  43   Verbose("v", cl::desc("Print information about actions taken"));
  44
  45   cl::list<std::string>
  46   LibPaths("L", cl::desc("Specify a library search path"), cl::Prefix,
  47            cl::value_desc("directory"));
  48
  49   cl::list<std::string>
  50   Libraries("l", cl::desc("Specify libraries to link to"), cl::Prefix,
  51             cl::value_desc("library prefix"));
  52
  53   cl::opt<bool>
  54   Strip("s", cl::desc("Strip symbol info from executable"));
  55
  56   cl::opt<bool>
  57   NoInternalize("disable-internalize",
  58                 cl::desc("Do not mark all symbols as internal"));
  59
  60   cl::opt<bool>
  61   LinkAsLibrary("link-as-library", cl::desc("Link the .bc files together as a"
  62                                             " library, not an executable"));
  63
  64   // Compatibility options that are ignored, but support by LD
  65   cl::opt<std::string>
  66   CO3("soname", cl::Hidden, cl::desc("Compatibility option: ignored"));
  67   cl::opt<std::string>
  68   CO4("version-script", cl::Hidden, cl::desc("Compatibility option: ignored"));
  69   cl::opt<bool>
  70   CO5("eh-frame-hdr", cl::Hidden, cl::desc("Compatibility option: ignored"));
  71   cl::opt<bool>
  72   CO6("r", cl::Hidden, cl::desc("Compatibility option: ignored"));
  73 }
  74
  75 // FileExists - Return true if the specified string is an openable file...
  76 static inline bool FileExists(const std::string &FN) {
  77   struct stat StatBuf;
  78   return stat(FN.c_str(), &StatBuf) != -1;
  79 }
  80
  81
  82 // LoadObject - Read the specified "object file", which should not search the
  83 // library path to find it.
  84 static inline std::auto_ptr<Module> LoadObject(std::string FN,
  85                                                std::string &OutErrorMessage) {
  86   if (Verbose) std::cerr << "Loading '" << FN << "'\n";
  87   if (!FileExists(FN)) {
  88     // Attempt to load from the LLVM_LIB_SEARCH_PATH directory... if we would
  89     // otherwise fail.  This is used to locate objects like crtend.o.
  90     //
  91     char *SearchPath = getenv("LLVM_LIB_SEARCH_PATH");
  92     if (SearchPath && FileExists(std::string(SearchPath)+"/"+FN))
  93       FN = std::string(SearchPath)+"/"+FN;
  94     else {
  95       OutErrorMessage = "could not find input file '" + FN + "'!";
  96       return std::auto_ptr<Module>();
  97     }
  98   }
  99
 100   std::string ErrorMessage;
 101   Module *Result = ParseBytecodeFile(FN, &ErrorMessage);
 102   if (Result) return std::auto_ptr<Module>(Result);
 103
 104   OutErrorMessage = "Bytecode file '" + FN + "' corrupt!";
 105   if (ErrorMessage.size()) OutErrorMessage += ": " + ErrorMessage;
 106   return std::auto_ptr<Module>();
 107 }
 108
 109
 110 static Module *LoadSingleLibraryObject(const std::string &Filename) {
 111   std::string ErrorMessage;
 112   std::auto_ptr<Module> M = LoadObject(Filename, ErrorMessage);
 113   if (M.get() == 0 && Verbose) {
 114     std::cerr << "Error loading '" + Filename + "'";
 115     if (!ErrorMessage.empty()) std::cerr << ": " << ErrorMessage;
 116     std::cerr << "\n";
 117   }
 118
 119   return M.release();
 120 }
 121
 122 // IsArchive -  Returns true iff FILENAME appears to be the name of an ar
 123 // archive file. It determines this by checking the magic string at the
 124 // beginning of the file.
 125 static bool IsArchive(const std::string &filename) {
 126   std::string ArchiveMagic("!<arch>\012");
 127   char buf[1 + ArchiveMagic.size()];
 128   std::ifstream f(filename.c_str());
 129   f.read(buf, ArchiveMagic.size());
 130   buf[ArchiveMagic.size()] = '\0';
 131   return ArchiveMagic == buf;
 132 }
 133
 134 // LoadLibraryExactName - This looks for a file with a known name and tries to
 135 // load it, similarly to LoadLibraryFromDirectory().
 136 static inline bool LoadLibraryExactName(const std::string &FileName,
 137     std::vector<Module*> &Objects, bool &isArchive) {
 138   if (Verbose) std::cerr << "  Considering '" << FileName << "'\n";
 139   if (FileExists(FileName)) {
 140         if (IsArchive(FileName)) {
 141       std::string ErrorMessage;
 142       if (Verbose) std::cerr << "  Loading '" << FileName << "'\n";
 143       if (!ReadArchiveFile(FileName, Objects, &ErrorMessage)) {
 144         isArchive = true;
 145         return false;           // Success!
 146       }
 147       if (Verbose) {
 148         std::cerr << "  Error loading archive '" + FileName + "'";
 149         if (!ErrorMessage.empty()) std::cerr << ": " << ErrorMessage;
 150         std::cerr << "\n";
 151       }
 152     } else {
 153       if (Module *M = LoadSingleLibraryObject(FileName)) {
 154         isArchive = false;
 155         Objects.push_back(M);
 156         return false;
 157       }
 158     }
 159   }
 160   return true;
 161 }
 162
 163 // LoadLibrary - Try to load a library named LIBNAME that contains
 164 // LLVM bytecode. If SEARCH is true, then search for a file named
 165 // libLIBNAME.{a,so,bc} in the current library search path.  Otherwise,
 166 // assume LIBNAME is the real name of the library file.  This method puts
 167 // the loaded modules into the Objects list, and sets isArchive to true if
 168 // a .a file was loaded. It returns true if no library is found or if an
 169 // error occurs; otherwise it returns false.
 170 //
 171 static inline bool LoadLibrary(const std::string &LibName,
 172                                std::vector<Module*> &Objects, bool &isArchive,
 173                                bool search, std::string &ErrorMessage) {
 174   if (search) {
 175     // First, try the current directory. Then, iterate over the
 176     // directories in LibPaths, looking for a suitable match for LibName
 177     // in each one.
 178     for (unsigned NextLibPathIdx = 0; NextLibPathIdx != LibPaths.size();
 179          ++NextLibPathIdx) {
 180       std::string Directory = LibPaths[NextLibPathIdx] + "/";
 181       if (!LoadLibraryExactName(Directory + "lib" + LibName + ".a",
 182         Objects, isArchive))
 183           return false;
 184       if (!LoadLibraryExactName(Directory + "lib" + LibName + ".so",
 185         Objects, isArchive))
 186           return false;
 187       if (!LoadLibraryExactName(Directory + "lib" + LibName + ".bc",
 188         Objects, isArchive))
 189           return false;
 190     }
 191   } else {
 192     // If they said no searching, then assume LibName is the real name.
 193     if (!LoadLibraryExactName(LibName, Objects, isArchive))
 194       return false;
 195   }
 196   ErrorMessage = "error linking library '-l" + LibName+ "': library not found!";
 197   return true;
 198 }
 199
 200 static void GetAllDefinedSymbols(Module *M,
 201                                  std::set<std::string> &DefinedSymbols) {
 202   for (Module::iterator I = M->begin(), E = M->end(); I != E; ++I)
 203     if (I->hasName() && !I->isExternal() && !I->hasInternalLinkage())
 204       DefinedSymbols.insert(I->getName());
 205   for (Module::giterator I = M->gbegin(), E = M->gend(); I != E; ++I)
 206     if (I->hasName() && !I->isExternal() && !I->hasInternalLinkage())
 207       DefinedSymbols.insert(I->getName());
 208 }
 209
 210 // GetAllUndefinedSymbols - This calculates the set of undefined symbols that
 211 // still exist in an LLVM module.  This is a bit tricky because there may be two
 212 // symbols with the same name, but different LLVM types that will be resolved to
 213 // each other, but aren't currently (thus we need to treat it as resolved).
 214 //
 215 static void GetAllUndefinedSymbols(Module *M,
 216                                    std::set<std::string> &UndefinedSymbols) {
 217   std::set<std::string> DefinedSymbols;
 218   UndefinedSymbols.clear();   // Start out empty
 219
 220   for (Module::iterator I = M->begin(), E = M->end(); I != E; ++I)
 221     if (I->hasName()) {
 222       if (I->isExternal())
 223         UndefinedSymbols.insert(I->getName());
 224       else if (!I->hasInternalLinkage())
 225         DefinedSymbols.insert(I->getName());
 226     }
 227   for (Module::giterator I = M->gbegin(), E = M->gend(); I != E; ++I)
 228     if (I->hasName()) {
 229       if (I->isExternal())
 230         UndefinedSymbols.insert(I->getName());
 231       else if (!I->hasInternalLinkage())
 232         DefinedSymbols.insert(I->getName());
 233     }
 234
 235   // Prune out any defined symbols from the undefined symbols set...
 236   for (std::set<std::string>::iterator I = UndefinedSymbols.begin();
 237        I != UndefinedSymbols.end(); )
 238     if (DefinedSymbols.count(*I))
 239       UndefinedSymbols.erase(I++);  // This symbol really is defined!
 240     else
 241       ++I; // Keep this symbol in the undefined symbols list
 242 }
 243
 244
 245 static bool LinkLibrary(Module *M, const std::string &LibName,
 246                         bool search, std::string &ErrorMessage) {
 247   std::set<std::string> UndefinedSymbols;
 248   GetAllUndefinedSymbols(M, UndefinedSymbols);
 249   if (UndefinedSymbols.empty()) {
 250     if (Verbose) std::cerr << "  No symbols undefined, don't link library!\n";
 251     return false;  // No need to link anything in!
 252   }
 253
 254   std::vector<Module*> Objects;
 255   bool isArchive;
 256   if (LoadLibrary(LibName, Objects, isArchive, search, ErrorMessage))
 257     return true;
 258
 259   // Figure out which symbols are defined by all of the modules in the .a file
 260   std::vector<std::set<std::string> > DefinedSymbols;
 261   DefinedSymbols.resize(Objects.size());
 262   for (unsigned i = 0; i != Objects.size(); ++i)
 263     GetAllDefinedSymbols(Objects[i], DefinedSymbols[i]);
 264
 265   bool Linked = true;
 266   while (Linked) {     // While we are linking in object files, loop.
 267     Linked = false;
 268
 269     for (unsigned i = 0; i != Objects.size(); ++i) {
 270       // Consider whether we need to link in this module...  we only need to
 271       // link it in if it defines some symbol which is so far undefined.
 272       //
 273       const std::set<std::string> &DefSymbols = DefinedSymbols[i];
 274
 275       bool ObjectRequired = false;
 276       for (std::set<std::string>::iterator I = UndefinedSymbols.begin(),
 277              E = UndefinedSymbols.end(); I != E; ++I)
 278         if (DefSymbols.count(*I)) {
 279           if (Verbose)
 280             std::cerr << "  Found object providing symbol '" << *I << "'...\n";
 281           ObjectRequired = true;
 282           break;
 283         }
 284
 285       // We DO need to link this object into the program...
 286       if (ObjectRequired) {
 287         if (LinkModules(M, Objects[i], &ErrorMessage))
 288           return true;   // Couldn't link in the right object file...
 289
 290         // Since we have linked in this object, delete it from the list of
 291         // objects to consider in this archive file.
 292         std::swap(Objects[i], Objects.back());
 293         std::swap(DefinedSymbols[i], DefinedSymbols.back());
 294         Objects.pop_back();
 295         DefinedSymbols.pop_back();
 296         --i;   // Do not skip an entry
 297
 298         // The undefined symbols set should have shrunk.
 299         GetAllUndefinedSymbols(M, UndefinedSymbols);
 300         Linked = true;  // We have linked something in!
 301       }
 302     }
 303   }
 304
 305   return false;
 306 }
 307
 308 static int PrintAndReturn(const char *progname, const std::string &Message,
 309                           const std::string &Extra = "") {
 310   std::cerr << progname << Extra << ": " << Message << "\n";
 311   return 1;
 312 }
 313
 314
 315 int main(int argc, char **argv) {
 316   cl::ParseCommandLineOptions(argc, argv, " llvm linker for GCC\n");
 317
 318   std::string ErrorMessage;
 319   std::auto_ptr<Module> Composite(LoadObject(InputFilenames[0], ErrorMessage));
 320   if (Composite.get() == 0)
 321     return PrintAndReturn(argv[0], ErrorMessage);
 322
 323   // We always look first in the current directory when searching for libraries.
 324   LibPaths.insert(LibPaths.begin(), ".");
 325
 326   // If the user specied an extra search path in their environment, respect it.
 327   if (char *SearchPath = getenv("LLVM_LIB_SEARCH_PATH"))
 328     LibPaths.push_back(SearchPath);
 329
 330   for (unsigned i = 1; i < InputFilenames.size(); ++i) {
 331     // A user may specify an ar archive without -l, perhaps because it
 332     // is not installed as a library. Detect that and link the library.
 333     if (IsArchive(InputFilenames[i])) {
 334       if (Verbose) std::cerr << "Linking archive '" << InputFilenames[i]
 335                              << "'\n";
 336       if (LinkLibrary(Composite.get(), InputFilenames[i], false, ErrorMessage))
 337         return PrintAndReturn(argv[0], ErrorMessage,
 338                               ": error linking in '" + InputFilenames[i] + "'");
 339       continue;
 340     }
 341
 342     std::auto_ptr<Module> M(LoadObject(InputFilenames[i], ErrorMessage));
 343     if (M.get() == 0)
 344       return PrintAndReturn(argv[0], ErrorMessage);
 345
 346     if (Verbose) std::cerr << "Linking in '" << InputFilenames[i] << "'\n";
 347
 348     if (LinkModules(Composite.get(), M.get(), &ErrorMessage))
 349       return PrintAndReturn(argv[0], ErrorMessage,
 350                             ": error linking in '" + InputFilenames[i] + "'");
 351   }
 352
 353   // Remove any consecutive duplicates of the same library...
 354   Libraries.erase(std::unique(Libraries.begin(), Libraries.end()),
 355                   Libraries.end());
 356
 357   // Link in all of the libraries next...
 358   for (unsigned i = 0; i != Libraries.size(); ++i) {
 359     if (Verbose) std::cerr << "Linking in library: -l" << Libraries[i] << "\n";
 360     if (LinkLibrary(Composite.get(), Libraries[i], true, ErrorMessage))
 361       return PrintAndReturn(argv[0], ErrorMessage);
 362   }
 363
 364   // In addition to just linking the input from GCC, we also want to spiff it up
 365   // a little bit.  Do this now.
 366   //
 367   PassManager Passes;
 368
 369   // Add an appropriate TargetData instance for this module...
 370   Passes.add(new TargetData("gccas", Composite.get()));
 371
 372   // Linking modules together can lead to duplicated global constants, only keep
 373   // one copy of each constant...
 374   //
 375   Passes.add(createConstantMergePass());
 376
 377   // If the -s command line option was specified, strip the symbols out of the
 378   // resulting program to make it smaller.  -s is a GCC option that we are
 379   // supporting.
 380   //
 381   if (Strip)
 382     Passes.add(createSymbolStrippingPass());
 383
 384   // Often if the programmer does not specify proper prototypes for the
 385   // functions they are calling, they end up calling a vararg version of the
 386   // function that does not get a body filled in (the real function has typed
 387   // arguments).  This pass merges the two functions.
 388   //
 389   Passes.add(createFunctionResolvingPass());
 390
 391   if (!NoInternalize) {
 392     // Now that composite has been compiled, scan through the module, looking
 393     // for a main function.  If main is defined, mark all other functions
 394     // internal.
 395     //
 396     Passes.add(createInternalizePass());
 397   }
 398
 399   // Remove unused arguments from functions...
 400   //
 401   Passes.add(createDeadArgEliminationPass());
 402
 403   // The FuncResolve pass may leave cruft around if functions were prototyped
 404   // differently than they were defined.  Remove this cruft.
 405   //
 406   Passes.add(createInstructionCombiningPass());
 407
 408   // Delete basic blocks, which optimization passes may have killed...
 409   //
 410   Passes.add(createCFGSimplificationPass());
 411
 412   // Now that we have optimized the program, discard unreachable functions...
 413   //
 414   Passes.add(createGlobalDCEPass());
 415
 416   // Add the pass that writes bytecode to the output file...
 417   std::string RealBytecodeOutput = OutputFilename;
 418   if (!LinkAsLibrary) RealBytecodeOutput += ".bc";
 419   std::ofstream Out(RealBytecodeOutput.c_str());
 420   if (!Out.good())
 421     return PrintAndReturn(argv[0], "error opening '" + RealBytecodeOutput +
 422                                    "' for writing!");
 423   Passes.add(new WriteBytecodePass(&Out));        // Write bytecode to file...
 424
 425   // Make sure that the Out file gets unlink'd from the disk if we get a SIGINT
 426   RemoveFileOnSignal(RealBytecodeOutput);
 427
 428   // Run our queue of passes all at once now, efficiently.
 429   Passes.run(*Composite.get());
 430   Out.close();
 431
 432   if (!LinkAsLibrary) {
 433     // Output the script to start the program...
 434     std::ofstream Out2(OutputFilename.c_str());
 435     if (!Out2.good())
 436       return PrintAndReturn(argv[0], "error opening '" + OutputFilename +
 437                                      "' for writing!");
 438     Out2 << "#!/bin/sh\nlli -q -abort-on-exception $0.bc $*\n";
 439     Out2.close();
 440
 441     // Make the script executable...
 442     chmod(OutputFilename.c_str(), 0755);
 443   }
 444
 445   return 0;
 446 }