OSDN Git Service

9c3b424cf97b92cd4f6ed67a7d8b708872969b29
[android-x86/external-llvm.git] / docs / ProgrammersManual.rst
1 ========================
2 LLVM Programmer's Manual
3 ========================
4
5 .. contents::
6    :local:
7
8 .. warning::
9    This is always a work in progress.
10
11 .. _introduction:
12
13 Introduction
14 ============
15
16 This document is meant to highlight some of the important classes and interfaces
17 available in the LLVM source-base.  This manual is not intended to explain what
18 LLVM is, how it works, and what LLVM code looks like.  It assumes that you know
19 the basics of LLVM and are interested in writing transformations or otherwise
20 analyzing or manipulating the code.
21
22 This document should get you oriented so that you can find your way in the
23 continuously growing source code that makes up the LLVM infrastructure.  Note
24 that this manual is not intended to serve as a replacement for reading the
25 source code, so if you think there should be a method in one of these classes to
26 do something, but it's not listed, check the source.  Links to the `doxygen
27 <http://llvm.org/doxygen/>`__ sources are provided to make this as easy as
28 possible.
29
30 The first section of this document describes general information that is useful
31 to know when working in the LLVM infrastructure, and the second describes the
32 Core LLVM classes.  In the future this manual will be extended with information
33 describing how to use extension libraries, such as dominator information, CFG
34 traversal routines, and useful utilities like the ``InstVisitor`` (`doxygen
35 <http://llvm.org/doxygen/InstVisitor_8h-source.html>`__) template.
36
37 .. _general:
38
39 General Information
40 ===================
41
42 This section contains general information that is useful if you are working in
43 the LLVM source-base, but that isn't specific to any particular API.
44
45 .. _stl:
46
47 The C++ Standard Template Library
48 ---------------------------------
49
50 LLVM makes heavy use of the C++ Standard Template Library (STL), perhaps much
51 more than you are used to, or have seen before.  Because of this, you might want
52 to do a little background reading in the techniques used and capabilities of the
53 library.  There are many good pages that discuss the STL, and several books on
54 the subject that you can get, so it will not be discussed in this document.
55
56 Here are some useful links:
57
58 #. `cppreference.com
59    <http://en.cppreference.com/w/>`_ - an excellent
60    reference for the STL and other parts of the standard C++ library.
61
62 #. `C++ In a Nutshell <http://www.tempest-sw.com/cpp/>`_ - This is an O'Reilly
63    book in the making.  It has a decent Standard Library Reference that rivals
64    Dinkumware's, and is unfortunately no longer free since the book has been
65    published.
66
67 #. `C++ Frequently Asked Questions <http://www.parashift.com/c++-faq-lite/>`_.
68
69 #. `SGI's STL Programmer's Guide <http://www.sgi.com/tech/stl/>`_ - Contains a
70    useful `Introduction to the STL
71    <http://www.sgi.com/tech/stl/stl_introduction.html>`_.
72
73 #. `Bjarne Stroustrup's C++ Page
74    <http://www.research.att.com/%7Ebs/C++.html>`_.
75
76 #. `Bruce Eckel's Thinking in C++, 2nd ed. Volume 2 Revision 4.0
77    (even better, get the book)
78    <http://www.mindview.net/Books/TICPP/ThinkingInCPP2e.html>`_.
79
80 You are also encouraged to take a look at the :doc:`LLVM Coding Standards
81 <CodingStandards>` guide which focuses on how to write maintainable code more
82 than where to put your curly braces.
83
84 .. _resources:
85
86 Other useful references
87 -----------------------
88
89 #. `Using static and shared libraries across platforms
90    <http://www.fortran-2000.com/ArnaudRecipes/sharedlib.html>`_
91
92 .. _apis:
93
94 Important and useful LLVM APIs
95 ==============================
96
97 Here we highlight some LLVM APIs that are generally useful and good to know
98 about when writing transformations.
99
100 .. _isa:
101
102 The ``isa<>``, ``cast<>`` and ``dyn_cast<>`` templates
103 ------------------------------------------------------
104
105 The LLVM source-base makes extensive use of a custom form of RTTI.  These
106 templates have many similarities to the C++ ``dynamic_cast<>`` operator, but
107 they don't have some drawbacks (primarily stemming from the fact that
108 ``dynamic_cast<>`` only works on classes that have a v-table).  Because they are
109 used so often, you must know what they do and how they work.  All of these
110 templates are defined in the ``llvm/Support/Casting.h`` (`doxygen
111 <http://llvm.org/doxygen/Casting_8h-source.html>`__) file (note that you very
112 rarely have to include this file directly).
113
114 ``isa<>``:
115   The ``isa<>`` operator works exactly like the Java "``instanceof``" operator.
116   It returns true or false depending on whether a reference or pointer points to
117   an instance of the specified class.  This can be very useful for constraint
118   checking of various sorts (example below).
119
120 ``cast<>``:
121   The ``cast<>`` operator is a "checked cast" operation.  It converts a pointer
122   or reference from a base class to a derived class, causing an assertion
123   failure if it is not really an instance of the right type.  This should be
124   used in cases where you have some information that makes you believe that
125   something is of the right type.  An example of the ``isa<>`` and ``cast<>``
126   template is:
127
128   .. code-block:: c++
129
130     static bool isLoopInvariant(const Value *V, const Loop *L) {
131       if (isa<Constant>(V) || isa<Argument>(V) || isa<GlobalValue>(V))
132         return true;
133
134       // Otherwise, it must be an instruction...
135       return !L->contains(cast<Instruction>(V)->getParent());
136     }
137
138   Note that you should **not** use an ``isa<>`` test followed by a ``cast<>``,
139   for that use the ``dyn_cast<>`` operator.
140
141 ``dyn_cast<>``:
142   The ``dyn_cast<>`` operator is a "checking cast" operation.  It checks to see
143   if the operand is of the specified type, and if so, returns a pointer to it
144   (this operator does not work with references).  If the operand is not of the
145   correct type, a null pointer is returned.  Thus, this works very much like
146   the ``dynamic_cast<>`` operator in C++, and should be used in the same
147   circumstances.  Typically, the ``dyn_cast<>`` operator is used in an ``if``
148   statement or some other flow control statement like this:
149
150   .. code-block:: c++
151
152     if (auto *AI = dyn_cast<AllocationInst>(Val)) {
153       // ...
154     }
155
156   This form of the ``if`` statement effectively combines together a call to
157   ``isa<>`` and a call to ``cast<>`` into one statement, which is very
158   convenient.
159
160   Note that the ``dyn_cast<>`` operator, like C++'s ``dynamic_cast<>`` or Java's
161   ``instanceof`` operator, can be abused.  In particular, you should not use big
162   chained ``if/then/else`` blocks to check for lots of different variants of
163   classes.  If you find yourself wanting to do this, it is much cleaner and more
164   efficient to use the ``InstVisitor`` class to dispatch over the instruction
165   type directly.
166
167 ``cast_or_null<>``:
168   The ``cast_or_null<>`` operator works just like the ``cast<>`` operator,
169   except that it allows for a null pointer as an argument (which it then
170   propagates).  This can sometimes be useful, allowing you to combine several
171   null checks into one.
172
173 ``dyn_cast_or_null<>``:
174   The ``dyn_cast_or_null<>`` operator works just like the ``dyn_cast<>``
175   operator, except that it allows for a null pointer as an argument (which it
176   then propagates).  This can sometimes be useful, allowing you to combine
177   several null checks into one.
178
179 These five templates can be used with any classes, whether they have a v-table
180 or not.  If you want to add support for these templates, see the document
181 :doc:`How to set up LLVM-style RTTI for your class hierarchy
182 <HowToSetUpLLVMStyleRTTI>`
183
184 .. _string_apis:
185
186 Passing strings (the ``StringRef`` and ``Twine`` classes)
187 ---------------------------------------------------------
188
189 Although LLVM generally does not do much string manipulation, we do have several
190 important APIs which take strings.  Two important examples are the Value class
191 -- which has names for instructions, functions, etc. -- and the ``StringMap``
192 class which is used extensively in LLVM and Clang.
193
194 These are generic classes, and they need to be able to accept strings which may
195 have embedded null characters.  Therefore, they cannot simply take a ``const
196 char *``, and taking a ``const std::string&`` requires clients to perform a heap
197 allocation which is usually unnecessary.  Instead, many LLVM APIs use a
198 ``StringRef`` or a ``const Twine&`` for passing strings efficiently.
199
200 .. _StringRef:
201
202 The ``StringRef`` class
203 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
204
205 The ``StringRef`` data type represents a reference to a constant string (a
206 character array and a length) and supports the common operations available on
207 ``std::string``, but does not require heap allocation.
208
209 It can be implicitly constructed using a C style null-terminated string, an
210 ``std::string``, or explicitly with a character pointer and length.  For
211 example, the ``StringRef`` find function is declared as:
212
213 .. code-block:: c++
214
215   iterator find(StringRef Key);
216
217 and clients can call it using any one of:
218
219 .. code-block:: c++
220
221   Map.find("foo");                 // Lookup "foo"
222   Map.find(std::string("bar"));    // Lookup "bar"
223   Map.find(StringRef("\0baz", 4)); // Lookup "\0baz"
224
225 Similarly, APIs which need to return a string may return a ``StringRef``
226 instance, which can be used directly or converted to an ``std::string`` using
227 the ``str`` member function.  See ``llvm/ADT/StringRef.h`` (`doxygen
228 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1StringRef_8h-source.html>`__) for more
229 information.
230
231 You should rarely use the ``StringRef`` class directly, because it contains
232 pointers to external memory it is not generally safe to store an instance of the
233 class (unless you know that the external storage will not be freed).
234 ``StringRef`` is small and pervasive enough in LLVM that it should always be
235 passed by value.
236
237 The ``Twine`` class
238 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
239
240 The ``Twine`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Twine.html>`__)
241 class is an efficient way for APIs to accept concatenated strings.  For example,
242 a common LLVM paradigm is to name one instruction based on the name of another
243 instruction with a suffix, for example:
244
245 .. code-block:: c++
246
247     New = CmpInst::Create(..., SO->getName() + ".cmp");
248
249 The ``Twine`` class is effectively a lightweight `rope
250 <http://en.wikipedia.org/wiki/Rope_(computer_science)>`_ which points to
251 temporary (stack allocated) objects.  Twines can be implicitly constructed as
252 the result of the plus operator applied to strings (i.e., a C strings, an
253 ``std::string``, or a ``StringRef``).  The twine delays the actual concatenation
254 of strings until it is actually required, at which point it can be efficiently
255 rendered directly into a character array.  This avoids unnecessary heap
256 allocation involved in constructing the temporary results of string
257 concatenation.  See ``llvm/ADT/Twine.h`` (`doxygen
258 <http://llvm.org/doxygen/Twine_8h_source.html>`__) and :ref:`here <dss_twine>`
259 for more information.
260
261 As with a ``StringRef``, ``Twine`` objects point to external memory and should
262 almost never be stored or mentioned directly.  They are intended solely for use
263 when defining a function which should be able to efficiently accept concatenated
264 strings.
265
266 .. _error_apis:
267
268 Error handling
269 --------------
270
271 Proper error handling helps us identify bugs in our code, and helps end-users
272 understand errors in their tool usage. Errors fall into two broad categories:
273 *programmatic* and *recoverable*, with different strategies for handling and
274 reporting.
275
276 Programmatic Errors
277 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
278
279 Programmatic errors are violations of program invariants or API contracts, and
280 represent bugs within the program itself. Our aim is to document invariants, and
281 to abort quickly at the point of failure (providing some basic diagnostic) when
282 invariants are broken at runtime.
283
284 The fundamental tools for handling programmatic errors are assertions and the
285 llvm_unreachable function. Assertions are used to express invariant conditions,
286 and should include a message describing the invariant:
287
288 .. code-block:: c++
289
290   assert(isPhysReg(R) && "All virt regs should have been allocated already.");
291
292 The llvm_unreachable function can be used to document areas of control flow
293 that should never be entered if the program invariants hold:
294
295 .. code-block:: c++
296
297   enum { Foo, Bar, Baz } X = foo();
298
299   switch (X) {
300     case Foo: /* Handle Foo */; break;
301     case Bar: /* Handle Bar */; break;
302     default:
303       llvm_unreachable("X should be Foo or Bar here");
304   }
305
306 Recoverable Errors
307 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
308
309 Recoverable errors represent an error in the program's environment, for example
310 a resource failure (a missing file, a dropped network connection, etc.), or
311 malformed input. These errors should be detected and communicated to a level of
312 the program where they can be handled appropriately. Handling the error may be
313 as simple as reporting the issue to the user, or it may involve attempts at
314 recovery.
315
316 Recoverable errors are modeled using LLVM's ``Error`` scheme. This scheme
317 represents errors using function return values, similar to classic C integer
318 error codes, or C++'s ``std::error_code``. However, the ``Error`` class is
319 actually a lightweight wrapper for user-defined error types, allowing arbitrary
320 information to be attached to describe the error. This is similar to the way C++
321 exceptions allow throwing of user-defined types.
322
323 Success values are created by calling ``Error::success()``, E.g.:
324
325 .. code-block:: c++
326
327   Error foo() {
328     // Do something.
329     // Return success.
330     return Error::success();
331   }
332
333 Success values are very cheap to construct and return - they have minimal
334 impact on program performance.
335
336 Failure values are constructed using ``make_error<T>``, where ``T`` is any class
337 that inherits from the ErrorInfo utility, E.g.:
338
339 .. code-block:: c++
340
341   class BadFileFormat : public ErrorInfo<BadFileFormat> {
342   public:
343     static char ID;
344     std::string Path;
345
346     BadFileFormat(StringRef Path) : Path(Path.str()) {}
347
348     void log(raw_ostream &OS) const override {
349       OS << Path << " is malformed";
350     }
351
352     std::error_code convertToErrorCode() const override {
353       return make_error_code(object_error::parse_failed);
354     }
355   };
356
357   char FileExists::ID; // This should be declared in the C++ file.
358
359   Error printFormattedFile(StringRef Path) {
360     if (<check for valid format>)
361       return make_error<InvalidObjectFile>(Path);
362     // print file contents.
363     return Error::success();
364   }
365
366 Error values can be implicitly converted to bool: true for error, false for
367 success, enabling the following idiom:
368
369 .. code-block:: c++
370
371   Error mayFail();
372
373   Error foo() {
374     if (auto Err = mayFail())
375       return Err;
376     // Success! We can proceed.
377     ...
378
379 For functions that can fail but need to return a value the ``Expected<T>``
380 utility can be used. Values of this type can be constructed with either a
381 ``T``, or an ``Error``. Expected<T> values are also implicitly convertible to
382 boolean, but with the opposite convention to ``Error``: true for success, false
383 for error. If success, the ``T`` value can be accessed via the dereference
384 operator. If failure, the ``Error`` value can be extracted using the
385 ``takeError()`` method. Idiomatic usage looks like:
386
387 .. code-block:: c++
388
389   Expected<FormattedFile> openFormattedFile(StringRef Path) {
390     // If badly formatted, return an error.
391     if (auto Err = checkFormat(Path))
392       return std::move(Err);
393     // Otherwise return a FormattedFile instance.
394     return FormattedFile(Path);
395   }
396
397   Error processFormattedFile(StringRef Path) {
398     // Try to open a formatted file
399     if (auto FileOrErr = openFormattedFile(Path)) {
400       // On success, grab a reference to the file and continue.
401       auto &File = *FileOrErr;
402       ...
403     } else
404       // On error, extract the Error value and return it.
405       return FileOrErr.takeError();
406   }
407
408 If an ``Expected<T>`` value is in success mode then the ``takeError()`` method
409 will return a success value. Using this fact, the above function can be
410 rewritten as:
411
412 .. code-block:: c++
413
414   Error processFormattedFile(StringRef Path) {
415     // Try to open a formatted file
416     auto FileOrErr = openFormattedFile(Path);
417     if (auto Err = FileOrErr.takeError())
418       // On error, extract the Error value and return it.
419       return Err;
420     // On success, grab a reference to the file and continue.
421     auto &File = *FileOrErr;
422     ...
423   }
424
425 This second form is often more readable for functions that involve multiple
426 ``Expected<T>`` values as it limits the indentation required.
427
428 All ``Error`` instances, whether success or failure, must be either checked or
429 moved from (via ``std::move`` or a return) before they are destructed.
430 Accidentally discarding an unchecked error will cause a program abort at the
431 point where the unchecked value's destructor is run, making it easy to identify
432 and fix violations of this rule.
433
434 Success values are considered checked once they have been tested (by invoking
435 the boolean conversion operator):
436
437 .. code-block:: c++
438
439   if (auto Err = canFail(...))
440     return Err; // Failure value - move error to caller.
441
442   // Safe to continue: Err was checked.
443
444 In contrast, the following code will always cause an abort, even if ``canFail``
445 returns a success value:
446
447 .. code-block:: c++
448
449     canFail();
450     // Program will always abort here, even if canFail() returns Success, since
451     // the value is not checked.
452
453 Failure values are considered checked once a handler for the error type has
454 been activated:
455
456 .. code-block:: c++
457
458   handleErrors(
459     processFormattedFile(...),
460     [](const BadFileFormat &BFF) {
461       report("Unable to process " + BFF.Path + ": bad format");
462     },
463     [](const FileNotFound &FNF) {
464       report("File not found " + FNF.Path);
465     });
466
467 The ``handleErrors`` function takes an error as its first argument, followed by
468 a variadic list of "handlers", each of which must be a callable type (a
469 function, lambda, or class with a call operator) with one argument. The
470 ``handleErrors`` function will visit each handler in the sequence and check its
471 argument type against the dynamic type of the error, running the first handler
472 that matches. This is the same decision process that is used decide which catch
473 clause to run for a C++ exception.
474
475 Since the list of handlers passed to ``handleErrors`` may not cover every error
476 type that can occur, the ``handleErrors`` function also returns an Error value
477 that must be checked or propagated. If the error value that is passed to
478 ``handleErrors`` does not match any of the handlers it will be returned from
479 handleErrors. Idiomatic use of ``handleErrors`` thus looks like:
480
481 .. code-block:: c++
482
483   if (auto Err =
484         handleErrors(
485           processFormattedFile(...),
486           [](const BadFileFormat &BFF) {
487             report("Unable to process " + BFF.Path + ": bad format");
488           },
489           [](const FileNotFound &FNF) {
490             report("File not found " + FNF.Path);
491           }))
492     return Err;
493
494 In cases where you truly know that the handler list is exhaustive the
495 ``handleAllErrors`` function can be used instead. This is identical to
496 ``handleErrors`` except that it will terminate the program if an unhandled
497 error is passed in, and can therefore return void. The ``handleAllErrors``
498 function should generally be avoided: the introduction of a new error type
499 elsewhere in the program can easily turn a formerly exhaustive list of errors
500 into a non-exhaustive list, risking unexpected program termination. Where
501 possible, use handleErrors and propagate unknown errors up the stack instead.
502
503 For tool code, where errors can be handled by printing an error message then
504 exiting with an error code, the :ref:`ExitOnError <err_exitonerr>` utility
505 may be a better choice than handleErrors, as it simplifies control flow when
506 calling fallible functions.
507
508 StringError
509 """""""""""
510
511 Many kinds of errors have no recovery strategy, the only action that can be
512 taken is to report them to the user so that the user can attempt to fix the
513 environment. In this case representing the error as a string makes perfect
514 sense. LLVM provides the ``StringError`` class for this purpose. It takes two
515 arguments: A string error message, and an equivalent ``std::error_code`` for
516 interoperability:
517
518 .. code-block:: c++
519
520   make_error<StringError>("Bad executable",
521                           make_error_code(errc::executable_format_error"));
522
523 If you're certain that the error you're building will never need to be converted
524 to a ``std::error_code`` you can use the ``inconvertibleErrorCode()`` function:
525
526 .. code-block:: c++
527
528   make_error<StringError>("Bad executable", inconvertibleErrorCode());
529
530 This should be done only after careful consideration. If any attempt is made to
531 convert this error to a ``std::error_code`` it will trigger immediate program
532 termination. Unless you are certain that your errors will not need
533 interoperability you should look for an existing ``std::error_code`` that you
534 can convert to, and even (as painful as it is) consider introducing a new one as
535 a stopgap measure.
536
537 Interoperability with std::error_code and ErrorOr
538 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
539
540 Many existing LLVM APIs use ``std::error_code`` and its partner ``ErrorOr<T>``
541 (which plays the same role as ``Expected<T>``, but wraps a ``std::error_code``
542 rather than an ``Error``). The infectious nature of error types means that an
543 attempt to change one of these functions to return ``Error`` or ``Expected<T>``
544 instead often results in an avalanche of changes to callers, callers of callers,
545 and so on. (The first such attempt, returning an ``Error`` from
546 MachOObjectFile's constructor, was abandoned after the diff reached 3000 lines,
547 impacted half a dozen libraries, and was still growing).
548
549 To solve this problem, the ``Error``/``std::error_code`` interoperability requirement was
550 introduced. Two pairs of functions allow any ``Error`` value to be converted to a
551 ``std::error_code``, any ``Expected<T>`` to be converted to an ``ErrorOr<T>``, and vice
552 versa:
553
554 .. code-block:: c++
555
556   std::error_code errorToErrorCode(Error Err);
557   Error errorCodeToError(std::error_code EC);
558
559   template <typename T> ErrorOr<T> expectedToErrorOr(Expected<T> TOrErr);
560   template <typename T> Expected<T> errorOrToExpected(ErrorOr<T> TOrEC);
561
562
563 Using these APIs it is easy to make surgical patches that update individual
564 functions from ``std::error_code`` to ``Error``, and from ``ErrorOr<T>`` to
565 ``Expected<T>``.
566
567 Returning Errors from error handlers
568 """"""""""""""""""""""""""""""""""""
569
570 Error recovery attempts may themselves fail. For that reason, ``handleErrors``
571 actually recognises three different forms of handler signature:
572
573 .. code-block:: c++
574
575   // Error must be handled, no new errors produced:
576   void(UserDefinedError &E);
577
578   // Error must be handled, new errors can be produced:
579   Error(UserDefinedError &E);
580
581   // Original error can be inspected, then re-wrapped and returned (or a new
582   // error can be produced):
583   Error(std::unique_ptr<UserDefinedError> E);
584
585 Any error returned from a handler will be returned from the ``handleErrors``
586 function so that it can be handled itself, or propagated up the stack.
587
588 .. _err_exitonerr:
589
590 Using ExitOnError to simplify tool code
591 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""
592
593 Library code should never call ``exit`` for a recoverable error, however in tool
594 code (especially command line tools) this can be a reasonable approach. Calling
595 ``exit`` upon encountering an error dramatically simplifies control flow as the
596 error no longer needs to be propagated up the stack. This allows code to be
597 written in straight-line style, as long as each fallible call is wrapped in a
598 check and call to exit. The ``ExitOnError`` class supports this pattern by
599 providing call operators that inspect ``Error`` values, stripping the error away
600 in the success case and logging to ``stderr`` then exiting in the failure case.
601
602 To use this class, declare a global ``ExitOnError`` variable in your program:
603
604 .. code-block:: c++
605
606   ExitOnError ExitOnErr;
607
608 Calls to fallible functions can then be wrapped with a call to ``ExitOnErr``,
609 turning them into non-failing calls:
610
611 .. code-block:: c++
612
613   Error mayFail();
614   Expected<int> mayFail2();
615
616   void foo() {
617     ExitOnErr(mayFail());
618     int X = ExitOnErr(mayFail2());
619   }
620
621 On failure, the error's log message will be written to ``stderr``, optionally
622 preceded by a string "banner" that can be set by calling the setBanner method. A
623 mapping can also be supplied from ``Error`` values to exit codes using the
624 ``setExitCodeMapper`` method:
625
626 .. code-block:: c++
627
628   int main(int argc, char *argv[]) {
629     ExitOnErr.setBanner(std::string(argv[0]) + " error:");
630     ExitOnErr.setExitCodeMapper(
631       [](const Error &Err) {
632         if (Err.isA<BadFileFormat>())
633           return 2;
634         return 1;
635       });
636
637 Use ``ExitOnError`` in your tool code where possible as it can greatly improve
638 readability.
639
640 Fallible constructors
641 """""""""""""""""""""
642
643 Some classes require resource acquisition or other complex initialization that
644 can fail during construction. Unfortunately constructors can't return errors,
645 and having clients test objects after they're constructed to ensure that they're
646 valid is error prone as it's all too easy to forget the test. To work around
647 this, use the named constructor idiom and return an ``Expected<T>``:
648
649 .. code-block:: c++
650
651   class Foo {
652   public:
653
654     static Expected<Foo> Create(Resource R1, Resource R2) {
655       Error Err;
656       Foo F(R1, R2, Err);
657       if (Err)
658         return std::move(Err);
659       return std::move(F);
660     }
661
662   private:
663
664     Foo(Resource R1, Resource R2, Error &Err) {
665       ErrorAsOutParameter EAO(&Err);
666       if (auto Err2 = R1.acquire()) {
667         Err = std::move(Err2);
668         return;
669       }
670       Err = R2.acquire();
671     }
672   };
673
674
675 Here, the named constructor passes an ``Error`` by reference into the actual
676 constructor, which the constructor can then use to return errors. The
677 ``ErrorAsOutParameter`` utility sets the ``Error`` value's checked flag on entry
678 to the constructor so that the error can be assigned to, then resets it on exit
679 to force the client (the named constructor) to check the error.
680
681 By using this idiom, clients attempting to construct a Foo receive either a
682 well-formed Foo or an Error, never an object in an invalid state.
683
684 Propagating and consuming errors based on types
685 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
686
687 In some contexts, certain types of error are known to be benign. For example,
688 when walking an archive, some clients may be happy to skip over badly formatted
689 object files rather than terminating the walk immediately. Skipping badly
690 formatted objects could be achieved using an elaborate handler method, but the
691 Error.h header provides two utilities that make this idiom much cleaner: the
692 type inspection method, ``isA``, and the ``consumeError`` function:
693
694 .. code-block:: c++
695
696   Error walkArchive(Archive A) {
697     for (unsigned I = 0; I != A.numMembers(); ++I) {
698       auto ChildOrErr = A.getMember(I);
699       if (auto Err = ChildOrErr.takeError()) {
700         if (Err.isA<BadFileFormat>())
701           consumeError(std::move(Err))
702         else
703           return Err;
704       }
705       auto &Child = *ChildOrErr;
706       // Use Child
707       ...
708     }
709     return Error::success();
710   }
711
712 Concatenating Errors with joinErrors
713 """"""""""""""""""""""""""""""""""""
714
715 In the archive walking example above ``BadFileFormat`` errors are simply
716 consumed and ignored. If the client had wanted report these errors after
717 completing the walk over the archive they could use the ``joinErrors`` utility:
718
719 .. code-block:: c++
720
721   Error walkArchive(Archive A) {
722     Error DeferredErrs = Error::success();
723     for (unsigned I = 0; I != A.numMembers(); ++I) {
724       auto ChildOrErr = A.getMember(I);
725       if (auto Err = ChildOrErr.takeError())
726         if (Err.isA<BadFileFormat>())
727           DeferredErrs = joinErrors(std::move(DeferredErrs), std::move(Err));
728         else
729           return Err;
730       auto &Child = *ChildOrErr;
731       // Use Child
732       ...
733     }
734     return DeferredErrs;
735   }
736
737 The ``joinErrors`` routine builds a special error type called ``ErrorList``,
738 which holds a list of user defined errors. The ``handleErrors`` routine
739 recognizes this type and will attempt to handle each of the contained erorrs in
740 order. If all contained errors can be handled, ``handleErrors`` will return
741 ``Error::success()``, otherwise ``handleErrors`` will concatenate the remaining
742 errors and return the resulting ``ErrorList``.
743
744 Building fallible iterators and iterator ranges
745 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
746
747 The archive walking examples above retrieve archive members by index, however
748 this requires considerable boiler-plate for iteration and error checking. We can
749 clean this up by using ``Error`` with the "fallible iterator" pattern. The usual
750 C++ iterator patterns do not allow for failure on increment, but we can
751 incorporate support for it by having iterators hold an Error reference through
752 which they can report failure. In this pattern, if an increment operation fails
753 the failure is recorded via the Error reference and the iterator value is set to
754 the end of the range in order to terminate the loop. This ensures that the
755 dereference operation is safe anywhere that an ordinary iterator dereference
756 would be safe (i.e. when the iterator is not equal to end). Where this pattern
757 is followed (as in the ``llvm::object::Archive`` class) the result is much
758 cleaner iteration idiom:
759
760 .. code-block:: c++
761
762   Error Err;
763   for (auto &Child : Ar->children(Err)) {
764     // Use Child - we only enter the loop when it's valid
765     ...
766   }
767   // Check Err after the loop to ensure it didn't break due to an error.
768   if (Err)
769     return Err;
770
771 .. _function_apis:
772
773 More information on Error and its related utilities can be found in the
774 Error.h header file.
775
776 Passing functions and other callable objects
777 --------------------------------------------
778
779 Sometimes you may want a function to be passed a callback object. In order to
780 support lambda expressions and other function objects, you should not use the
781 traditional C approach of taking a function pointer and an opaque cookie:
782
783 .. code-block:: c++
784
785     void takeCallback(bool (*Callback)(Function *, void *), void *Cookie);
786
787 Instead, use one of the following approaches:
788
789 Function template
790 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
791
792 If you don't mind putting the definition of your function into a header file,
793 make it a function template that is templated on the callable type.
794
795 .. code-block:: c++
796
797     template<typename Callable>
798     void takeCallback(Callable Callback) {
799       Callback(1, 2, 3);
800     }
801
802 The ``function_ref`` class template
803 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
804
805 The ``function_ref``
806 (`doxygen <http://llvm.org/docs/doxygen/html/classllvm_1_1function__ref_3_01Ret_07Params_8_8_8_08_4.html>`__) class
807 template represents a reference to a callable object, templated over the type
808 of the callable. This is a good choice for passing a callback to a function,
809 if you don't need to hold onto the callback after the function returns. In this
810 way, ``function_ref`` is to ``std::function`` as ``StringRef`` is to
811 ``std::string``.
812
813 ``function_ref<Ret(Param1, Param2, ...)>`` can be implicitly constructed from
814 any callable object that can be called with arguments of type ``Param1``,
815 ``Param2``, ..., and returns a value that can be converted to type ``Ret``.
816 For example:
817
818 .. code-block:: c++
819
820     void visitBasicBlocks(Function *F, function_ref<bool (BasicBlock*)> Callback) {
821       for (BasicBlock &BB : *F)
822         if (Callback(&BB))
823           return;
824     }
825
826 can be called using:
827
828 .. code-block:: c++
829
830     visitBasicBlocks(F, [&](BasicBlock *BB) {
831       if (process(BB))
832         return isEmpty(BB);
833       return false;
834     });
835
836 Note that a ``function_ref`` object contains pointers to external memory, so it
837 is not generally safe to store an instance of the class (unless you know that
838 the external storage will not be freed). If you need this ability, consider
839 using ``std::function``. ``function_ref`` is small enough that it should always
840 be passed by value.
841
842 .. _DEBUG:
843
844 The ``DEBUG()`` macro and ``-debug`` option
845 -------------------------------------------
846
847 Often when working on your pass you will put a bunch of debugging printouts and
848 other code into your pass.  After you get it working, you want to remove it, but
849 you may need it again in the future (to work out new bugs that you run across).
850
851 Naturally, because of this, you don't want to delete the debug printouts, but
852 you don't want them to always be noisy.  A standard compromise is to comment
853 them out, allowing you to enable them if you need them in the future.
854
855 The ``llvm/Support/Debug.h`` (`doxygen
856 <http://llvm.org/doxygen/Debug_8h-source.html>`__) file provides a macro named
857 ``DEBUG()`` that is a much nicer solution to this problem.  Basically, you can
858 put arbitrary code into the argument of the ``DEBUG`` macro, and it is only
859 executed if '``opt``' (or any other tool) is run with the '``-debug``' command
860 line argument:
861
862 .. code-block:: c++
863
864   DEBUG(errs() << "I am here!\n");
865
866 Then you can run your pass like this:
867
868 .. code-block:: none
869
870   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass
871   <no output>
872   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug
873   I am here!
874
875 Using the ``DEBUG()`` macro instead of a home-brewed solution allows you to not
876 have to create "yet another" command line option for the debug output for your
877 pass.  Note that ``DEBUG()`` macros are disabled for non-asserts builds, so they
878 do not cause a performance impact at all (for the same reason, they should also
879 not contain side-effects!).
880
881 One additional nice thing about the ``DEBUG()`` macro is that you can enable or
882 disable it directly in gdb.  Just use "``set DebugFlag=0``" or "``set
883 DebugFlag=1``" from the gdb if the program is running.  If the program hasn't
884 been started yet, you can always just run it with ``-debug``.
885
886 .. _DEBUG_TYPE:
887
888 Fine grained debug info with ``DEBUG_TYPE`` and the ``-debug-only`` option
889 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
890
891 Sometimes you may find yourself in a situation where enabling ``-debug`` just
892 turns on **too much** information (such as when working on the code generator).
893 If you want to enable debug information with more fine-grained control, you
894 should define the ``DEBUG_TYPE`` macro and use the ``-debug-only`` option as
895 follows:
896
897 .. code-block:: c++
898
899   #define DEBUG_TYPE "foo"
900   DEBUG(errs() << "'foo' debug type\n");
901   #undef  DEBUG_TYPE
902   #define DEBUG_TYPE "bar"
903   DEBUG(errs() << "'bar' debug type\n"));
904   #undef  DEBUG_TYPE
905
906 Then you can run your pass like this:
907
908 .. code-block:: none
909
910   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass
911   <no output>
912   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug
913   'foo' debug type
914   'bar' debug type
915   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=foo
916   'foo' debug type
917   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=bar
918   'bar' debug type
919   $ opt < a.bc > /dev/null -mypass -debug-only=foo,bar
920   'foo' debug type
921   'bar' debug type
922
923 Of course, in practice, you should only set ``DEBUG_TYPE`` at the top of a file,
924 to specify the debug type for the entire module. Be careful that you only do
925 this after including Debug.h and not around any #include of headers. Also, you
926 should use names more meaningful than "foo" and "bar", because there is no
927 system in place to ensure that names do not conflict. If two different modules
928 use the same string, they will all be turned on when the name is specified.
929 This allows, for example, all debug information for instruction scheduling to be
930 enabled with ``-debug-only=InstrSched``, even if the source lives in multiple
931 files. The name must not include a comma (,) as that is used to separate the
932 arguments of the ``-debug-only`` option.
933
934 For performance reasons, -debug-only is not available in optimized build
935 (``--enable-optimized``) of LLVM.
936
937 The ``DEBUG_WITH_TYPE`` macro is also available for situations where you would
938 like to set ``DEBUG_TYPE``, but only for one specific ``DEBUG`` statement.  It
939 takes an additional first parameter, which is the type to use.  For example, the
940 preceding example could be written as:
941
942 .. code-block:: c++
943
944   DEBUG_WITH_TYPE("foo", errs() << "'foo' debug type\n");
945   DEBUG_WITH_TYPE("bar", errs() << "'bar' debug type\n"));
946
947 .. _Statistic:
948
949 The ``Statistic`` class & ``-stats`` option
950 -------------------------------------------
951
952 The ``llvm/ADT/Statistic.h`` (`doxygen
953 <http://llvm.org/doxygen/Statistic_8h-source.html>`__) file provides a class
954 named ``Statistic`` that is used as a unified way to keep track of what the LLVM
955 compiler is doing and how effective various optimizations are.  It is useful to
956 see what optimizations are contributing to making a particular program run
957 faster.
958
959 Often you may run your pass on some big program, and you're interested to see
960 how many times it makes a certain transformation.  Although you can do this with
961 hand inspection, or some ad-hoc method, this is a real pain and not very useful
962 for big programs.  Using the ``Statistic`` class makes it very easy to keep
963 track of this information, and the calculated information is presented in a
964 uniform manner with the rest of the passes being executed.
965
966 There are many examples of ``Statistic`` uses, but the basics of using it are as
967 follows:
968
969 #. Define your statistic like this:
970
971   .. code-block:: c++
972
973     #define DEBUG_TYPE "mypassname"   // This goes before any #includes.
974     STATISTIC(NumXForms, "The # of times I did stuff");
975
976   The ``STATISTIC`` macro defines a static variable, whose name is specified by
977   the first argument.  The pass name is taken from the ``DEBUG_TYPE`` macro, and
978   the description is taken from the second argument.  The variable defined
979   ("NumXForms" in this case) acts like an unsigned integer.
980
981 #. Whenever you make a transformation, bump the counter:
982
983   .. code-block:: c++
984
985     ++NumXForms;   // I did stuff!
986
987 That's all you have to do.  To get '``opt``' to print out the statistics
988 gathered, use the '``-stats``' option:
989
990 .. code-block:: none
991
992   $ opt -stats -mypassname < program.bc > /dev/null
993   ... statistics output ...
994
995 Note that in order to use the '``-stats``' option, LLVM must be
996 compiled with assertions enabled.
997
998 When running ``opt`` on a C file from the SPEC benchmark suite, it gives a
999 report that looks like this:
1000
1001 .. code-block:: none
1002
1003    7646 bitcodewriter   - Number of normal instructions
1004     725 bitcodewriter   - Number of oversized instructions
1005  129996 bitcodewriter   - Number of bitcode bytes written
1006    2817 raise           - Number of insts DCEd or constprop'd
1007    3213 raise           - Number of cast-of-self removed
1008    5046 raise           - Number of expression trees converted
1009      75 raise           - Number of other getelementptr's formed
1010     138 raise           - Number of load/store peepholes
1011      42 deadtypeelim    - Number of unused typenames removed from symtab
1012     392 funcresolve     - Number of varargs functions resolved
1013      27 globaldce       - Number of global variables removed
1014       2 adce            - Number of basic blocks removed
1015     134 cee             - Number of branches revectored
1016      49 cee             - Number of setcc instruction eliminated
1017     532 gcse            - Number of loads removed
1018    2919 gcse            - Number of instructions removed
1019      86 indvars         - Number of canonical indvars added
1020      87 indvars         - Number of aux indvars removed
1021      25 instcombine     - Number of dead inst eliminate
1022     434 instcombine     - Number of insts combined
1023     248 licm            - Number of load insts hoisted
1024    1298 licm            - Number of insts hoisted to a loop pre-header
1025       3 licm            - Number of insts hoisted to multiple loop preds (bad, no loop pre-header)
1026      75 mem2reg         - Number of alloca's promoted
1027    1444 cfgsimplify     - Number of blocks simplified
1028
1029 Obviously, with so many optimizations, having a unified framework for this stuff
1030 is very nice.  Making your pass fit well into the framework makes it more
1031 maintainable and useful.
1032
1033 .. _ViewGraph:
1034
1035 Viewing graphs while debugging code
1036 -----------------------------------
1037
1038 Several of the important data structures in LLVM are graphs: for example CFGs
1039 made out of LLVM :ref:`BasicBlocks <BasicBlock>`, CFGs made out of LLVM
1040 :ref:`MachineBasicBlocks <MachineBasicBlock>`, and :ref:`Instruction Selection
1041 DAGs <SelectionDAG>`.  In many cases, while debugging various parts of the
1042 compiler, it is nice to instantly visualize these graphs.
1043
1044 LLVM provides several callbacks that are available in a debug build to do
1045 exactly that.  If you call the ``Function::viewCFG()`` method, for example, the
1046 current LLVM tool will pop up a window containing the CFG for the function where
1047 each basic block is a node in the graph, and each node contains the instructions
1048 in the block.  Similarly, there also exists ``Function::viewCFGOnly()`` (does
1049 not include the instructions), the ``MachineFunction::viewCFG()`` and
1050 ``MachineFunction::viewCFGOnly()``, and the ``SelectionDAG::viewGraph()``
1051 methods.  Within GDB, for example, you can usually use something like ``call
1052 DAG.viewGraph()`` to pop up a window.  Alternatively, you can sprinkle calls to
1053 these functions in your code in places you want to debug.
1054
1055 Getting this to work requires a small amount of setup.  On Unix systems
1056 with X11, install the `graphviz <http://www.graphviz.org>`_ toolkit, and make
1057 sure 'dot' and 'gv' are in your path.  If you are running on Mac OS X, download
1058 and install the Mac OS X `Graphviz program
1059 <http://www.pixelglow.com/graphviz/>`_ and add
1060 ``/Applications/Graphviz.app/Contents/MacOS/`` (or wherever you install it) to
1061 your path. The programs need not be present when configuring, building or
1062 running LLVM and can simply be installed when needed during an active debug
1063 session.
1064
1065 ``SelectionDAG`` has been extended to make it easier to locate *interesting*
1066 nodes in large complex graphs.  From gdb, if you ``call DAG.setGraphColor(node,
1067 "color")``, then the next ``call DAG.viewGraph()`` would highlight the node in
1068 the specified color (choices of colors can be found at `colors
1069 <http://www.graphviz.org/doc/info/colors.html>`_.) More complex node attributes
1070 can be provided with ``call DAG.setGraphAttrs(node, "attributes")`` (choices can
1071 be found at `Graph attributes <http://www.graphviz.org/doc/info/attrs.html>`_.)
1072 If you want to restart and clear all the current graph attributes, then you can
1073 ``call DAG.clearGraphAttrs()``.
1074
1075 Note that graph visualization features are compiled out of Release builds to
1076 reduce file size.  This means that you need a Debug+Asserts or Release+Asserts
1077 build to use these features.
1078
1079 .. _datastructure:
1080
1081 Picking the Right Data Structure for a Task
1082 ===========================================
1083
1084 LLVM has a plethora of data structures in the ``llvm/ADT/`` directory, and we
1085 commonly use STL data structures.  This section describes the trade-offs you
1086 should consider when you pick one.
1087
1088 The first step is a choose your own adventure: do you want a sequential
1089 container, a set-like container, or a map-like container?  The most important
1090 thing when choosing a container is the algorithmic properties of how you plan to
1091 access the container.  Based on that, you should use:
1092
1093
1094 * a :ref:`map-like <ds_map>` container if you need efficient look-up of a
1095   value based on another value.  Map-like containers also support efficient
1096   queries for containment (whether a key is in the map).  Map-like containers
1097   generally do not support efficient reverse mapping (values to keys).  If you
1098   need that, use two maps.  Some map-like containers also support efficient
1099   iteration through the keys in sorted order.  Map-like containers are the most
1100   expensive sort, only use them if you need one of these capabilities.
1101
1102 * a :ref:`set-like <ds_set>` container if you need to put a bunch of stuff into
1103   a container that automatically eliminates duplicates.  Some set-like
1104   containers support efficient iteration through the elements in sorted order.
1105   Set-like containers are more expensive than sequential containers.
1106
1107 * a :ref:`sequential <ds_sequential>` container provides the most efficient way
1108   to add elements and keeps track of the order they are added to the collection.
1109   They permit duplicates and support efficient iteration, but do not support
1110   efficient look-up based on a key.
1111
1112 * a :ref:`string <ds_string>` container is a specialized sequential container or
1113   reference structure that is used for character or byte arrays.
1114
1115 * a :ref:`bit <ds_bit>` container provides an efficient way to store and
1116   perform set operations on sets of numeric id's, while automatically
1117   eliminating duplicates.  Bit containers require a maximum of 1 bit for each
1118   identifier you want to store.
1119
1120 Once the proper category of container is determined, you can fine tune the
1121 memory use, constant factors, and cache behaviors of access by intelligently
1122 picking a member of the category.  Note that constant factors and cache behavior
1123 can be a big deal.  If you have a vector that usually only contains a few
1124 elements (but could contain many), for example, it's much better to use
1125 :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` than :ref:`vector <dss_vector>`.  Doing so
1126 avoids (relatively) expensive malloc/free calls, which dwarf the cost of adding
1127 the elements to the container.
1128
1129 .. _ds_sequential:
1130
1131 Sequential Containers (std::vector, std::list, etc)
1132 ---------------------------------------------------
1133
1134 There are a variety of sequential containers available for you, based on your
1135 needs.  Pick the first in this section that will do what you want.
1136
1137 .. _dss_arrayref:
1138
1139 llvm/ADT/ArrayRef.h
1140 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1141
1142 The ``llvm::ArrayRef`` class is the preferred class to use in an interface that
1143 accepts a sequential list of elements in memory and just reads from them.  By
1144 taking an ``ArrayRef``, the API can be passed a fixed size array, an
1145 ``std::vector``, an ``llvm::SmallVector`` and anything else that is contiguous
1146 in memory.
1147
1148 .. _dss_fixedarrays:
1149
1150 Fixed Size Arrays
1151 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1152
1153 Fixed size arrays are very simple and very fast.  They are good if you know
1154 exactly how many elements you have, or you have a (low) upper bound on how many
1155 you have.
1156
1157 .. _dss_heaparrays:
1158
1159 Heap Allocated Arrays
1160 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1161
1162 Heap allocated arrays (``new[]`` + ``delete[]``) are also simple.  They are good
1163 if the number of elements is variable, if you know how many elements you will
1164 need before the array is allocated, and if the array is usually large (if not,
1165 consider a :ref:`SmallVector <dss_smallvector>`).  The cost of a heap allocated
1166 array is the cost of the new/delete (aka malloc/free).  Also note that if you
1167 are allocating an array of a type with a constructor, the constructor and
1168 destructors will be run for every element in the array (re-sizable vectors only
1169 construct those elements actually used).
1170
1171 .. _dss_tinyptrvector:
1172
1173 llvm/ADT/TinyPtrVector.h
1174 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1175
1176 ``TinyPtrVector<Type>`` is a highly specialized collection class that is
1177 optimized to avoid allocation in the case when a vector has zero or one
1178 elements.  It has two major restrictions: 1) it can only hold values of pointer
1179 type, and 2) it cannot hold a null pointer.
1180
1181 Since this container is highly specialized, it is rarely used.
1182
1183 .. _dss_smallvector:
1184
1185 llvm/ADT/SmallVector.h
1186 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1187
1188 ``SmallVector<Type, N>`` is a simple class that looks and smells just like
1189 ``vector<Type>``: it supports efficient iteration, lays out elements in memory
1190 order (so you can do pointer arithmetic between elements), supports efficient
1191 push_back/pop_back operations, supports efficient random access to its elements,
1192 etc.
1193
1194 The advantage of SmallVector is that it allocates space for some number of
1195 elements (N) **in the object itself**.  Because of this, if the SmallVector is
1196 dynamically smaller than N, no malloc is performed.  This can be a big win in
1197 cases where the malloc/free call is far more expensive than the code that
1198 fiddles around with the elements.
1199
1200 This is good for vectors that are "usually small" (e.g. the number of
1201 predecessors/successors of a block is usually less than 8).  On the other hand,
1202 this makes the size of the SmallVector itself large, so you don't want to
1203 allocate lots of them (doing so will waste a lot of space).  As such,
1204 SmallVectors are most useful when on the stack.
1205
1206 SmallVector also provides a nice portable and efficient replacement for
1207 ``alloca``.
1208
1209 .. note::
1210
1211    Prefer to use ``SmallVectorImpl<T>`` as a parameter type.
1212
1213    In APIs that don't care about the "small size" (most?), prefer to use
1214    the ``SmallVectorImpl<T>`` class, which is basically just the "vector
1215    header" (and methods) without the elements allocated after it. Note that
1216    ``SmallVector<T, N>`` inherits from ``SmallVectorImpl<T>`` so the
1217    conversion is implicit and costs nothing. E.g.
1218
1219    .. code-block:: c++
1220
1221       // BAD: Clients cannot pass e.g. SmallVector<Foo, 4>.
1222       hardcodedSmallSize(SmallVector<Foo, 2> &Out);
1223       // GOOD: Clients can pass any SmallVector<Foo, N>.
1224       allowsAnySmallSize(SmallVectorImpl<Foo> &Out);
1225
1226       void someFunc() {
1227         SmallVector<Foo, 8> Vec;
1228         hardcodedSmallSize(Vec); // Error.
1229         allowsAnySmallSize(Vec); // Works.
1230       }
1231
1232    Even though it has "``Impl``" in the name, this is so widely used that
1233    it really isn't "private to the implementation" anymore. A name like
1234    ``SmallVectorHeader`` would be more appropriate.
1235
1236 .. _dss_vector:
1237
1238 <vector>
1239 ^^^^^^^^
1240
1241 ``std::vector`` is well loved and respected.  It is useful when SmallVector
1242 isn't: when the size of the vector is often large (thus the small optimization
1243 will rarely be a benefit) or if you will be allocating many instances of the
1244 vector itself (which would waste space for elements that aren't in the
1245 container).  vector is also useful when interfacing with code that expects
1246 vectors :).
1247
1248 One worthwhile note about std::vector: avoid code like this:
1249
1250 .. code-block:: c++
1251
1252   for ( ... ) {
1253      std::vector<foo> V;
1254      // make use of V.
1255   }
1256
1257 Instead, write this as:
1258
1259 .. code-block:: c++
1260
1261   std::vector<foo> V;
1262   for ( ... ) {
1263      // make use of V.
1264      V.clear();
1265   }
1266
1267 Doing so will save (at least) one heap allocation and free per iteration of the
1268 loop.
1269
1270 .. _dss_deque:
1271
1272 <deque>
1273 ^^^^^^^
1274
1275 ``std::deque`` is, in some senses, a generalized version of ``std::vector``.
1276 Like ``std::vector``, it provides constant time random access and other similar
1277 properties, but it also provides efficient access to the front of the list.  It
1278 does not guarantee continuity of elements within memory.
1279
1280 In exchange for this extra flexibility, ``std::deque`` has significantly higher
1281 constant factor costs than ``std::vector``.  If possible, use ``std::vector`` or
1282 something cheaper.
1283
1284 .. _dss_list:
1285
1286 <list>
1287 ^^^^^^
1288
1289 ``std::list`` is an extremely inefficient class that is rarely useful.  It
1290 performs a heap allocation for every element inserted into it, thus having an
1291 extremely high constant factor, particularly for small data types.
1292 ``std::list`` also only supports bidirectional iteration, not random access
1293 iteration.
1294
1295 In exchange for this high cost, std::list supports efficient access to both ends
1296 of the list (like ``std::deque``, but unlike ``std::vector`` or
1297 ``SmallVector``).  In addition, the iterator invalidation characteristics of
1298 std::list are stronger than that of a vector class: inserting or removing an
1299 element into the list does not invalidate iterator or pointers to other elements
1300 in the list.
1301
1302 .. _dss_ilist:
1303
1304 llvm/ADT/ilist.h
1305 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1306
1307 ``ilist<T>`` implements an 'intrusive' doubly-linked list.  It is intrusive,
1308 because it requires the element to store and provide access to the prev/next
1309 pointers for the list.
1310
1311 ``ilist`` has the same drawbacks as ``std::list``, and additionally requires an
1312 ``ilist_traits`` implementation for the element type, but it provides some novel
1313 characteristics.  In particular, it can efficiently store polymorphic objects,
1314 the traits class is informed when an element is inserted or removed from the
1315 list, and ``ilist``\ s are guaranteed to support a constant-time splice
1316 operation.
1317
1318 These properties are exactly what we want for things like ``Instruction``\ s and
1319 basic blocks, which is why these are implemented with ``ilist``\ s.
1320
1321 Related classes of interest are explained in the following subsections:
1322
1323 * :ref:`ilist_traits <dss_ilist_traits>`
1324
1325 * :ref:`iplist <dss_iplist>`
1326
1327 * :ref:`llvm/ADT/ilist_node.h <dss_ilist_node>`
1328
1329 * :ref:`Sentinels <dss_ilist_sentinel>`
1330
1331 .. _dss_packedvector:
1332
1333 llvm/ADT/PackedVector.h
1334 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1335
1336 Useful for storing a vector of values using only a few number of bits for each
1337 value.  Apart from the standard operations of a vector-like container, it can
1338 also perform an 'or' set operation.
1339
1340 For example:
1341
1342 .. code-block:: c++
1343
1344   enum State {
1345       None = 0x0,
1346       FirstCondition = 0x1,
1347       SecondCondition = 0x2,
1348       Both = 0x3
1349   };
1350
1351   State get() {
1352       PackedVector<State, 2> Vec1;
1353       Vec1.push_back(FirstCondition);
1354
1355       PackedVector<State, 2> Vec2;
1356       Vec2.push_back(SecondCondition);
1357
1358       Vec1 |= Vec2;
1359       return Vec1[0]; // returns 'Both'.
1360   }
1361
1362 .. _dss_ilist_traits:
1363
1364 ilist_traits
1365 ^^^^^^^^^^^^
1366
1367 ``ilist_traits<T>`` is ``ilist<T>``'s customization mechanism. ``iplist<T>``
1368 (and consequently ``ilist<T>``) publicly derive from this traits class.
1369
1370 .. _dss_iplist:
1371
1372 iplist
1373 ^^^^^^
1374
1375 ``iplist<T>`` is ``ilist<T>``'s base and as such supports a slightly narrower
1376 interface.  Notably, inserters from ``T&`` are absent.
1377
1378 ``ilist_traits<T>`` is a public base of this class and can be used for a wide
1379 variety of customizations.
1380
1381 .. _dss_ilist_node:
1382
1383 llvm/ADT/ilist_node.h
1384 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1385
1386 ``ilist_node<T>`` implements the forward and backward links that are expected
1387 by the ``ilist<T>`` (and analogous containers) in the default manner.
1388
1389 ``ilist_node<T>``\ s are meant to be embedded in the node type ``T``, usually
1390 ``T`` publicly derives from ``ilist_node<T>``.
1391
1392 .. _dss_ilist_sentinel:
1393
1394 Sentinels
1395 ^^^^^^^^^
1396
1397 ``ilist``\ s have another specialty that must be considered.  To be a good
1398 citizen in the C++ ecosystem, it needs to support the standard container
1399 operations, such as ``begin`` and ``end`` iterators, etc.  Also, the
1400 ``operator--`` must work correctly on the ``end`` iterator in the case of
1401 non-empty ``ilist``\ s.
1402
1403 The only sensible solution to this problem is to allocate a so-called *sentinel*
1404 along with the intrusive list, which serves as the ``end`` iterator, providing
1405 the back-link to the last element.  However conforming to the C++ convention it
1406 is illegal to ``operator++`` beyond the sentinel and it also must not be
1407 dereferenced.
1408
1409 These constraints allow for some implementation freedom to the ``ilist`` how to
1410 allocate and store the sentinel.  The corresponding policy is dictated by
1411 ``ilist_traits<T>``.  By default a ``T`` gets heap-allocated whenever the need
1412 for a sentinel arises.
1413
1414 While the default policy is sufficient in most cases, it may break down when
1415 ``T`` does not provide a default constructor.  Also, in the case of many
1416 instances of ``ilist``\ s, the memory overhead of the associated sentinels is
1417 wasted.  To alleviate the situation with numerous and voluminous
1418 ``T``-sentinels, sometimes a trick is employed, leading to *ghostly sentinels*.
1419
1420 Ghostly sentinels are obtained by specially-crafted ``ilist_traits<T>`` which
1421 superpose the sentinel with the ``ilist`` instance in memory.  Pointer
1422 arithmetic is used to obtain the sentinel, which is relative to the ``ilist``'s
1423 ``this`` pointer.  The ``ilist`` is augmented by an extra pointer, which serves
1424 as the back-link of the sentinel.  This is the only field in the ghostly
1425 sentinel which can be legally accessed.
1426
1427 .. _dss_other:
1428
1429 Other Sequential Container options
1430 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1431
1432 Other STL containers are available, such as ``std::string``.
1433
1434 There are also various STL adapter classes such as ``std::queue``,
1435 ``std::priority_queue``, ``std::stack``, etc.  These provide simplified access
1436 to an underlying container but don't affect the cost of the container itself.
1437
1438 .. _ds_string:
1439
1440 String-like containers
1441 ----------------------
1442
1443 There are a variety of ways to pass around and use strings in C and C++, and
1444 LLVM adds a few new options to choose from.  Pick the first option on this list
1445 that will do what you need, they are ordered according to their relative cost.
1446
1447 Note that it is generally preferred to *not* pass strings around as ``const
1448 char*``'s.  These have a number of problems, including the fact that they
1449 cannot represent embedded nul ("\0") characters, and do not have a length
1450 available efficiently.  The general replacement for '``const char*``' is
1451 StringRef.
1452
1453 For more information on choosing string containers for APIs, please see
1454 :ref:`Passing Strings <string_apis>`.
1455
1456 .. _dss_stringref:
1457
1458 llvm/ADT/StringRef.h
1459 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1460
1461 The StringRef class is a simple value class that contains a pointer to a
1462 character and a length, and is quite related to the :ref:`ArrayRef
1463 <dss_arrayref>` class (but specialized for arrays of characters).  Because
1464 StringRef carries a length with it, it safely handles strings with embedded nul
1465 characters in it, getting the length does not require a strlen call, and it even
1466 has very convenient APIs for slicing and dicing the character range that it
1467 represents.
1468
1469 StringRef is ideal for passing simple strings around that are known to be live,
1470 either because they are C string literals, std::string, a C array, or a
1471 SmallVector.  Each of these cases has an efficient implicit conversion to
1472 StringRef, which doesn't result in a dynamic strlen being executed.
1473
1474 StringRef has a few major limitations which make more powerful string containers
1475 useful:
1476
1477 #. You cannot directly convert a StringRef to a 'const char*' because there is
1478    no way to add a trailing nul (unlike the .c_str() method on various stronger
1479    classes).
1480
1481 #. StringRef doesn't own or keep alive the underlying string bytes.
1482    As such it can easily lead to dangling pointers, and is not suitable for
1483    embedding in datastructures in most cases (instead, use an std::string or
1484    something like that).
1485
1486 #. For the same reason, StringRef cannot be used as the return value of a
1487    method if the method "computes" the result string.  Instead, use std::string.
1488
1489 #. StringRef's do not allow you to mutate the pointed-to string bytes and it
1490    doesn't allow you to insert or remove bytes from the range.  For editing
1491    operations like this, it interoperates with the :ref:`Twine <dss_twine>`
1492    class.
1493
1494 Because of its strengths and limitations, it is very common for a function to
1495 take a StringRef and for a method on an object to return a StringRef that points
1496 into some string that it owns.
1497
1498 .. _dss_twine:
1499
1500 llvm/ADT/Twine.h
1501 ^^^^^^^^^^^^^^^^
1502
1503 The Twine class is used as an intermediary datatype for APIs that want to take a
1504 string that can be constructed inline with a series of concatenations.  Twine
1505 works by forming recursive instances of the Twine datatype (a simple value
1506 object) on the stack as temporary objects, linking them together into a tree
1507 which is then linearized when the Twine is consumed.  Twine is only safe to use
1508 as the argument to a function, and should always be a const reference, e.g.:
1509
1510 .. code-block:: c++
1511
1512   void foo(const Twine &T);
1513   ...
1514   StringRef X = ...
1515   unsigned i = ...
1516   foo(X + "." + Twine(i));
1517
1518 This example forms a string like "blarg.42" by concatenating the values
1519 together, and does not form intermediate strings containing "blarg" or "blarg.".
1520
1521 Because Twine is constructed with temporary objects on the stack, and because
1522 these instances are destroyed at the end of the current statement, it is an
1523 inherently dangerous API.  For example, this simple variant contains undefined
1524 behavior and will probably crash:
1525
1526 .. code-block:: c++
1527
1528   void foo(const Twine &T);
1529   ...
1530   StringRef X = ...
1531   unsigned i = ...
1532   const Twine &Tmp = X + "." + Twine(i);
1533   foo(Tmp);
1534
1535 ... because the temporaries are destroyed before the call.  That said, Twine's
1536 are much more efficient than intermediate std::string temporaries, and they work
1537 really well with StringRef.  Just be aware of their limitations.
1538
1539 .. _dss_smallstring:
1540
1541 llvm/ADT/SmallString.h
1542 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1543
1544 SmallString is a subclass of :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` that adds some
1545 convenience APIs like += that takes StringRef's.  SmallString avoids allocating
1546 memory in the case when the preallocated space is enough to hold its data, and
1547 it calls back to general heap allocation when required.  Since it owns its data,
1548 it is very safe to use and supports full mutation of the string.
1549
1550 Like SmallVector's, the big downside to SmallString is their sizeof.  While they
1551 are optimized for small strings, they themselves are not particularly small.
1552 This means that they work great for temporary scratch buffers on the stack, but
1553 should not generally be put into the heap: it is very rare to see a SmallString
1554 as the member of a frequently-allocated heap data structure or returned
1555 by-value.
1556
1557 .. _dss_stdstring:
1558
1559 std::string
1560 ^^^^^^^^^^^
1561
1562 The standard C++ std::string class is a very general class that (like
1563 SmallString) owns its underlying data.  sizeof(std::string) is very reasonable
1564 so it can be embedded into heap data structures and returned by-value.  On the
1565 other hand, std::string is highly inefficient for inline editing (e.g.
1566 concatenating a bunch of stuff together) and because it is provided by the
1567 standard library, its performance characteristics depend a lot of the host
1568 standard library (e.g. libc++ and MSVC provide a highly optimized string class,
1569 GCC contains a really slow implementation).
1570
1571 The major disadvantage of std::string is that almost every operation that makes
1572 them larger can allocate memory, which is slow.  As such, it is better to use
1573 SmallVector or Twine as a scratch buffer, but then use std::string to persist
1574 the result.
1575
1576 .. _ds_set:
1577
1578 Set-Like Containers (std::set, SmallSet, SetVector, etc)
1579 --------------------------------------------------------
1580
1581 Set-like containers are useful when you need to canonicalize multiple values
1582 into a single representation.  There are several different choices for how to do
1583 this, providing various trade-offs.
1584
1585 .. _dss_sortedvectorset:
1586
1587 A sorted 'vector'
1588 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1589
1590 If you intend to insert a lot of elements, then do a lot of queries, a great
1591 approach is to use a vector (or other sequential container) with
1592 std::sort+std::unique to remove duplicates.  This approach works really well if
1593 your usage pattern has these two distinct phases (insert then query), and can be
1594 coupled with a good choice of :ref:`sequential container <ds_sequential>`.
1595
1596 This combination provides the several nice properties: the result data is
1597 contiguous in memory (good for cache locality), has few allocations, is easy to
1598 address (iterators in the final vector are just indices or pointers), and can be
1599 efficiently queried with a standard binary search (e.g.
1600 ``std::lower_bound``; if you want the whole range of elements comparing
1601 equal, use ``std::equal_range``).
1602
1603 .. _dss_smallset:
1604
1605 llvm/ADT/SmallSet.h
1606 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1607
1608 If you have a set-like data structure that is usually small and whose elements
1609 are reasonably small, a ``SmallSet<Type, N>`` is a good choice.  This set has
1610 space for N elements in place (thus, if the set is dynamically smaller than N,
1611 no malloc traffic is required) and accesses them with a simple linear search.
1612 When the set grows beyond N elements, it allocates a more expensive
1613 representation that guarantees efficient access (for most types, it falls back
1614 to :ref:`std::set <dss_set>`, but for pointers it uses something far better,
1615 :ref:`SmallPtrSet <dss_smallptrset>`.
1616
1617 The magic of this class is that it handles small sets extremely efficiently, but
1618 gracefully handles extremely large sets without loss of efficiency.  The
1619 drawback is that the interface is quite small: it supports insertion, queries
1620 and erasing, but does not support iteration.
1621
1622 .. _dss_smallptrset:
1623
1624 llvm/ADT/SmallPtrSet.h
1625 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1626
1627 ``SmallPtrSet`` has all the advantages of ``SmallSet`` (and a ``SmallSet`` of
1628 pointers is transparently implemented with a ``SmallPtrSet``), but also supports
1629 iterators.  If more than N insertions are performed, a single quadratically
1630 probed hash table is allocated and grows as needed, providing extremely
1631 efficient access (constant time insertion/deleting/queries with low constant
1632 factors) and is very stingy with malloc traffic.
1633
1634 Note that, unlike :ref:`std::set <dss_set>`, the iterators of ``SmallPtrSet``
1635 are invalidated whenever an insertion occurs.  Also, the values visited by the
1636 iterators are not visited in sorted order.
1637
1638 .. _dss_stringset:
1639
1640 llvm/ADT/StringSet.h
1641 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1642
1643 ``StringSet`` is a thin wrapper around :ref:`StringMap\<char\> <dss_stringmap>`,
1644 and it allows efficient storage and retrieval of unique strings.
1645
1646 Functionally analogous to ``SmallSet<StringRef>``, ``StringSet`` also supports
1647 iteration. (The iterator dereferences to a ``StringMapEntry<char>``, so you
1648 need to call ``i->getKey()`` to access the item of the StringSet.)  On the
1649 other hand, ``StringSet`` doesn't support range-insertion and
1650 copy-construction, which :ref:`SmallSet <dss_smallset>` and :ref:`SmallPtrSet
1651 <dss_smallptrset>` do support.
1652
1653 .. _dss_denseset:
1654
1655 llvm/ADT/DenseSet.h
1656 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1657
1658 DenseSet is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
1659 small values: it uses a single allocation to hold all of the pairs that are
1660 currently inserted in the set.  DenseSet is a great way to unique small values
1661 that are not simple pointers (use :ref:`SmallPtrSet <dss_smallptrset>` for
1662 pointers).  Note that DenseSet has the same requirements for the value type that
1663 :ref:`DenseMap <dss_densemap>` has.
1664
1665 .. _dss_sparseset:
1666
1667 llvm/ADT/SparseSet.h
1668 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1669
1670 SparseSet holds a small number of objects identified by unsigned keys of
1671 moderate size.  It uses a lot of memory, but provides operations that are almost
1672 as fast as a vector.  Typical keys are physical registers, virtual registers, or
1673 numbered basic blocks.
1674
1675 SparseSet is useful for algorithms that need very fast clear/find/insert/erase
1676 and fast iteration over small sets.  It is not intended for building composite
1677 data structures.
1678
1679 .. _dss_sparsemultiset:
1680
1681 llvm/ADT/SparseMultiSet.h
1682 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1683
1684 SparseMultiSet adds multiset behavior to SparseSet, while retaining SparseSet's
1685 desirable attributes. Like SparseSet, it typically uses a lot of memory, but
1686 provides operations that are almost as fast as a vector.  Typical keys are
1687 physical registers, virtual registers, or numbered basic blocks.
1688
1689 SparseMultiSet is useful for algorithms that need very fast
1690 clear/find/insert/erase of the entire collection, and iteration over sets of
1691 elements sharing a key. It is often a more efficient choice than using composite
1692 data structures (e.g. vector-of-vectors, map-of-vectors). It is not intended for
1693 building composite data structures.
1694
1695 .. _dss_FoldingSet:
1696
1697 llvm/ADT/FoldingSet.h
1698 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1699
1700 FoldingSet is an aggregate class that is really good at uniquing
1701 expensive-to-create or polymorphic objects.  It is a combination of a chained
1702 hash table with intrusive links (uniqued objects are required to inherit from
1703 FoldingSetNode) that uses :ref:`SmallVector <dss_smallvector>` as part of its ID
1704 process.
1705
1706 Consider a case where you want to implement a "getOrCreateFoo" method for a
1707 complex object (for example, a node in the code generator).  The client has a
1708 description of **what** it wants to generate (it knows the opcode and all the
1709 operands), but we don't want to 'new' a node, then try inserting it into a set
1710 only to find out it already exists, at which point we would have to delete it
1711 and return the node that already exists.
1712
1713 To support this style of client, FoldingSet perform a query with a
1714 FoldingSetNodeID (which wraps SmallVector) that can be used to describe the
1715 element that we want to query for.  The query either returns the element
1716 matching the ID or it returns an opaque ID that indicates where insertion should
1717 take place.  Construction of the ID usually does not require heap traffic.
1718
1719 Because FoldingSet uses intrusive links, it can support polymorphic objects in
1720 the set (for example, you can have SDNode instances mixed with LoadSDNodes).
1721 Because the elements are individually allocated, pointers to the elements are
1722 stable: inserting or removing elements does not invalidate any pointers to other
1723 elements.
1724
1725 .. _dss_set:
1726
1727 <set>
1728 ^^^^^
1729
1730 ``std::set`` is a reasonable all-around set class, which is decent at many
1731 things but great at nothing.  std::set allocates memory for each element
1732 inserted (thus it is very malloc intensive) and typically stores three pointers
1733 per element in the set (thus adding a large amount of per-element space
1734 overhead).  It offers guaranteed log(n) performance, which is not particularly
1735 fast from a complexity standpoint (particularly if the elements of the set are
1736 expensive to compare, like strings), and has extremely high constant factors for
1737 lookup, insertion and removal.
1738
1739 The advantages of std::set are that its iterators are stable (deleting or
1740 inserting an element from the set does not affect iterators or pointers to other
1741 elements) and that iteration over the set is guaranteed to be in sorted order.
1742 If the elements in the set are large, then the relative overhead of the pointers
1743 and malloc traffic is not a big deal, but if the elements of the set are small,
1744 std::set is almost never a good choice.
1745
1746 .. _dss_setvector:
1747
1748 llvm/ADT/SetVector.h
1749 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1750
1751 LLVM's ``SetVector<Type>`` is an adapter class that combines your choice of a
1752 set-like container along with a :ref:`Sequential Container <ds_sequential>` The
1753 important property that this provides is efficient insertion with uniquing
1754 (duplicate elements are ignored) with iteration support.  It implements this by
1755 inserting elements into both a set-like container and the sequential container,
1756 using the set-like container for uniquing and the sequential container for
1757 iteration.
1758
1759 The difference between SetVector and other sets is that the order of iteration
1760 is guaranteed to match the order of insertion into the SetVector.  This property
1761 is really important for things like sets of pointers.  Because pointer values
1762 are non-deterministic (e.g. vary across runs of the program on different
1763 machines), iterating over the pointers in the set will not be in a well-defined
1764 order.
1765
1766 The drawback of SetVector is that it requires twice as much space as a normal
1767 set and has the sum of constant factors from the set-like container and the
1768 sequential container that it uses.  Use it **only** if you need to iterate over
1769 the elements in a deterministic order.  SetVector is also expensive to delete
1770 elements out of (linear time), unless you use its "pop_back" method, which is
1771 faster.
1772
1773 ``SetVector`` is an adapter class that defaults to using ``std::vector`` and a
1774 size 16 ``SmallSet`` for the underlying containers, so it is quite expensive.
1775 However, ``"llvm/ADT/SetVector.h"`` also provides a ``SmallSetVector`` class,
1776 which defaults to using a ``SmallVector`` and ``SmallSet`` of a specified size.
1777 If you use this, and if your sets are dynamically smaller than ``N``, you will
1778 save a lot of heap traffic.
1779
1780 .. _dss_uniquevector:
1781
1782 llvm/ADT/UniqueVector.h
1783 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1784
1785 UniqueVector is similar to :ref:`SetVector <dss_setvector>` but it retains a
1786 unique ID for each element inserted into the set.  It internally contains a map
1787 and a vector, and it assigns a unique ID for each value inserted into the set.
1788
1789 UniqueVector is very expensive: its cost is the sum of the cost of maintaining
1790 both the map and vector, it has high complexity, high constant factors, and
1791 produces a lot of malloc traffic.  It should be avoided.
1792
1793 .. _dss_immutableset:
1794
1795 llvm/ADT/ImmutableSet.h
1796 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1797
1798 ImmutableSet is an immutable (functional) set implementation based on an AVL
1799 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
1800 in the creation of a new ImmutableSet object.  If an ImmutableSet already exists
1801 with the given contents, then the existing one is returned; equality is compared
1802 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
1803 operations is logarithmic in the size of the original set.
1804
1805 There is no method for returning an element of the set, you can only check for
1806 membership.
1807
1808 .. _dss_otherset:
1809
1810 Other Set-Like Container Options
1811 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1812
1813 The STL provides several other options, such as std::multiset and the various
1814 "hash_set" like containers (whether from C++ TR1 or from the SGI library).  We
1815 never use hash_set and unordered_set because they are generally very expensive
1816 (each insertion requires a malloc) and very non-portable.
1817
1818 std::multiset is useful if you're not interested in elimination of duplicates,
1819 but has all the drawbacks of :ref:`std::set <dss_set>`.  A sorted vector
1820 (where you don't delete duplicate entries) or some other approach is almost
1821 always better.
1822
1823 .. _ds_map:
1824
1825 Map-Like Containers (std::map, DenseMap, etc)
1826 ---------------------------------------------
1827
1828 Map-like containers are useful when you want to associate data to a key.  As
1829 usual, there are a lot of different ways to do this. :)
1830
1831 .. _dss_sortedvectormap:
1832
1833 A sorted 'vector'
1834 ^^^^^^^^^^^^^^^^^
1835
1836 If your usage pattern follows a strict insert-then-query approach, you can
1837 trivially use the same approach as :ref:`sorted vectors for set-like containers
1838 <dss_sortedvectorset>`.  The only difference is that your query function (which
1839 uses std::lower_bound to get efficient log(n) lookup) should only compare the
1840 key, not both the key and value.  This yields the same advantages as sorted
1841 vectors for sets.
1842
1843 .. _dss_stringmap:
1844
1845 llvm/ADT/StringMap.h
1846 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1847
1848 Strings are commonly used as keys in maps, and they are difficult to support
1849 efficiently: they are variable length, inefficient to hash and compare when
1850 long, expensive to copy, etc.  StringMap is a specialized container designed to
1851 cope with these issues.  It supports mapping an arbitrary range of bytes to an
1852 arbitrary other object.
1853
1854 The StringMap implementation uses a quadratically-probed hash table, where the
1855 buckets store a pointer to the heap allocated entries (and some other stuff).
1856 The entries in the map must be heap allocated because the strings are variable
1857 length.  The string data (key) and the element object (value) are stored in the
1858 same allocation with the string data immediately after the element object.
1859 This container guarantees the "``(char*)(&Value+1)``" points to the key string
1860 for a value.
1861
1862 The StringMap is very fast for several reasons: quadratic probing is very cache
1863 efficient for lookups, the hash value of strings in buckets is not recomputed
1864 when looking up an element, StringMap rarely has to touch the memory for
1865 unrelated objects when looking up a value (even when hash collisions happen),
1866 hash table growth does not recompute the hash values for strings already in the
1867 table, and each pair in the map is store in a single allocation (the string data
1868 is stored in the same allocation as the Value of a pair).
1869
1870 StringMap also provides query methods that take byte ranges, so it only ever
1871 copies a string if a value is inserted into the table.
1872
1873 StringMap iteratation order, however, is not guaranteed to be deterministic, so
1874 any uses which require that should instead use a std::map.
1875
1876 .. _dss_indexmap:
1877
1878 llvm/ADT/IndexedMap.h
1879 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1880
1881 IndexedMap is a specialized container for mapping small dense integers (or
1882 values that can be mapped to small dense integers) to some other type.  It is
1883 internally implemented as a vector with a mapping function that maps the keys
1884 to the dense integer range.
1885
1886 This is useful for cases like virtual registers in the LLVM code generator: they
1887 have a dense mapping that is offset by a compile-time constant (the first
1888 virtual register ID).
1889
1890 .. _dss_densemap:
1891
1892 llvm/ADT/DenseMap.h
1893 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1894
1895 DenseMap is a simple quadratically probed hash table.  It excels at supporting
1896 small keys and values: it uses a single allocation to hold all of the pairs
1897 that are currently inserted in the map.  DenseMap is a great way to map
1898 pointers to pointers, or map other small types to each other.
1899
1900 There are several aspects of DenseMap that you should be aware of, however.
1901 The iterators in a DenseMap are invalidated whenever an insertion occurs,
1902 unlike map.  Also, because DenseMap allocates space for a large number of
1903 key/value pairs (it starts with 64 by default), it will waste a lot of space if
1904 your keys or values are large.  Finally, you must implement a partial
1905 specialization of DenseMapInfo for the key that you want, if it isn't already
1906 supported.  This is required to tell DenseMap about two special marker values
1907 (which can never be inserted into the map) that it needs internally.
1908
1909 DenseMap's find_as() method supports lookup operations using an alternate key
1910 type.  This is useful in cases where the normal key type is expensive to
1911 construct, but cheap to compare against.  The DenseMapInfo is responsible for
1912 defining the appropriate comparison and hashing methods for each alternate key
1913 type used.
1914
1915 .. _dss_valuemap:
1916
1917 llvm/IR/ValueMap.h
1918 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1919
1920 ValueMap is a wrapper around a :ref:`DenseMap <dss_densemap>` mapping
1921 ``Value*``\ s (or subclasses) to another type.  When a Value is deleted or
1922 RAUW'ed, ValueMap will update itself so the new version of the key is mapped to
1923 the same value, just as if the key were a WeakVH.  You can configure exactly how
1924 this happens, and what else happens on these two events, by passing a ``Config``
1925 parameter to the ValueMap template.
1926
1927 .. _dss_intervalmap:
1928
1929 llvm/ADT/IntervalMap.h
1930 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1931
1932 IntervalMap is a compact map for small keys and values.  It maps key intervals
1933 instead of single keys, and it will automatically coalesce adjacent intervals.
1934 When the map only contains a few intervals, they are stored in the map object
1935 itself to avoid allocations.
1936
1937 The IntervalMap iterators are quite big, so they should not be passed around as
1938 STL iterators.  The heavyweight iterators allow a smaller data structure.
1939
1940 .. _dss_map:
1941
1942 <map>
1943 ^^^^^
1944
1945 std::map has similar characteristics to :ref:`std::set <dss_set>`: it uses a
1946 single allocation per pair inserted into the map, it offers log(n) lookup with
1947 an extremely large constant factor, imposes a space penalty of 3 pointers per
1948 pair in the map, etc.
1949
1950 std::map is most useful when your keys or values are very large, if you need to
1951 iterate over the collection in sorted order, or if you need stable iterators
1952 into the map (i.e. they don't get invalidated if an insertion or deletion of
1953 another element takes place).
1954
1955 .. _dss_mapvector:
1956
1957 llvm/ADT/MapVector.h
1958 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1959
1960 ``MapVector<KeyT,ValueT>`` provides a subset of the DenseMap interface.  The
1961 main difference is that the iteration order is guaranteed to be the insertion
1962 order, making it an easy (but somewhat expensive) solution for non-deterministic
1963 iteration over maps of pointers.
1964
1965 It is implemented by mapping from key to an index in a vector of key,value
1966 pairs.  This provides fast lookup and iteration, but has two main drawbacks:
1967 the key is stored twice and removing elements takes linear time.  If it is
1968 necessary to remove elements, it's best to remove them in bulk using
1969 ``remove_if()``.
1970
1971 .. _dss_inteqclasses:
1972
1973 llvm/ADT/IntEqClasses.h
1974 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1975
1976 IntEqClasses provides a compact representation of equivalence classes of small
1977 integers.  Initially, each integer in the range 0..n-1 has its own equivalence
1978 class.  Classes can be joined by passing two class representatives to the
1979 join(a, b) method.  Two integers are in the same class when findLeader() returns
1980 the same representative.
1981
1982 Once all equivalence classes are formed, the map can be compressed so each
1983 integer 0..n-1 maps to an equivalence class number in the range 0..m-1, where m
1984 is the total number of equivalence classes.  The map must be uncompressed before
1985 it can be edited again.
1986
1987 .. _dss_immutablemap:
1988
1989 llvm/ADT/ImmutableMap.h
1990 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1991
1992 ImmutableMap is an immutable (functional) map implementation based on an AVL
1993 tree.  Adding or removing elements is done through a Factory object and results
1994 in the creation of a new ImmutableMap object.  If an ImmutableMap already exists
1995 with the given key set, then the existing one is returned; equality is compared
1996 with a FoldingSetNodeID.  The time and space complexity of add or remove
1997 operations is logarithmic in the size of the original map.
1998
1999 .. _dss_othermap:
2000
2001 Other Map-Like Container Options
2002 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2003
2004 The STL provides several other options, such as std::multimap and the various
2005 "hash_map" like containers (whether from C++ TR1 or from the SGI library).  We
2006 never use hash_set and unordered_set because they are generally very expensive
2007 (each insertion requires a malloc) and very non-portable.
2008
2009 std::multimap is useful if you want to map a key to multiple values, but has all
2010 the drawbacks of std::map.  A sorted vector or some other approach is almost
2011 always better.
2012
2013 .. _ds_bit:
2014
2015 Bit storage containers (BitVector, SparseBitVector)
2016 ---------------------------------------------------
2017
2018 Unlike the other containers, there are only two bit storage containers, and
2019 choosing when to use each is relatively straightforward.
2020
2021 One additional option is ``std::vector<bool>``: we discourage its use for two
2022 reasons 1) the implementation in many common compilers (e.g.  commonly
2023 available versions of GCC) is extremely inefficient and 2) the C++ standards
2024 committee is likely to deprecate this container and/or change it significantly
2025 somehow.  In any case, please don't use it.
2026
2027 .. _dss_bitvector:
2028
2029 BitVector
2030 ^^^^^^^^^
2031
2032 The BitVector container provides a dynamic size set of bits for manipulation.
2033 It supports individual bit setting/testing, as well as set operations.  The set
2034 operations take time O(size of bitvector), but operations are performed one word
2035 at a time, instead of one bit at a time.  This makes the BitVector very fast for
2036 set operations compared to other containers.  Use the BitVector when you expect
2037 the number of set bits to be high (i.e. a dense set).
2038
2039 .. _dss_smallbitvector:
2040
2041 SmallBitVector
2042 ^^^^^^^^^^^^^^
2043
2044 The SmallBitVector container provides the same interface as BitVector, but it is
2045 optimized for the case where only a small number of bits, less than 25 or so,
2046 are needed.  It also transparently supports larger bit counts, but slightly less
2047 efficiently than a plain BitVector, so SmallBitVector should only be used when
2048 larger counts are rare.
2049
2050 At this time, SmallBitVector does not support set operations (and, or, xor), and
2051 its operator[] does not provide an assignable lvalue.
2052
2053 .. _dss_sparsebitvector:
2054
2055 SparseBitVector
2056 ^^^^^^^^^^^^^^^
2057
2058 The SparseBitVector container is much like BitVector, with one major difference:
2059 Only the bits that are set, are stored.  This makes the SparseBitVector much
2060 more space efficient than BitVector when the set is sparse, as well as making
2061 set operations O(number of set bits) instead of O(size of universe).  The
2062 downside to the SparseBitVector is that setting and testing of random bits is
2063 O(N), and on large SparseBitVectors, this can be slower than BitVector.  In our
2064 implementation, setting or testing bits in sorted order (either forwards or
2065 reverse) is O(1) worst case.  Testing and setting bits within 128 bits (depends
2066 on size) of the current bit is also O(1).  As a general statement,
2067 testing/setting bits in a SparseBitVector is O(distance away from last set bit).
2068
2069 .. _common:
2070
2071 Helpful Hints for Common Operations
2072 ===================================
2073
2074 This section describes how to perform some very simple transformations of LLVM
2075 code.  This is meant to give examples of common idioms used, showing the
2076 practical side of LLVM transformations.
2077
2078 Because this is a "how-to" section, you should also read about the main classes
2079 that you will be working with.  The :ref:`Core LLVM Class Hierarchy Reference
2080 <coreclasses>` contains details and descriptions of the main classes that you
2081 should know about.
2082
2083 .. _inspection:
2084
2085 Basic Inspection and Traversal Routines
2086 ---------------------------------------
2087
2088 The LLVM compiler infrastructure have many different data structures that may be
2089 traversed.  Following the example of the C++ standard template library, the
2090 techniques used to traverse these various data structures are all basically the
2091 same.  For a enumerable sequence of values, the ``XXXbegin()`` function (or
2092 method) returns an iterator to the start of the sequence, the ``XXXend()``
2093 function returns an iterator pointing to one past the last valid element of the
2094 sequence, and there is some ``XXXiterator`` data type that is common between the
2095 two operations.
2096
2097 Because the pattern for iteration is common across many different aspects of the
2098 program representation, the standard template library algorithms may be used on
2099 them, and it is easier to remember how to iterate.  First we show a few common
2100 examples of the data structures that need to be traversed.  Other data
2101 structures are traversed in very similar ways.
2102
2103 .. _iterate_function:
2104
2105 Iterating over the ``BasicBlock`` in a ``Function``
2106 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2107
2108 It's quite common to have a ``Function`` instance that you'd like to transform
2109 in some way; in particular, you'd like to manipulate its ``BasicBlock``\ s.  To
2110 facilitate this, you'll need to iterate over all of the ``BasicBlock``\ s that
2111 constitute the ``Function``.  The following is an example that prints the name
2112 of a ``BasicBlock`` and the number of ``Instruction``\ s it contains:
2113
2114 .. code-block:: c++
2115
2116   // func is a pointer to a Function instance
2117   for (Function::iterator i = func->begin(), e = func->end(); i != e; ++i)
2118     // Print out the name of the basic block if it has one, and then the
2119     // number of instructions that it contains
2120     errs() << "Basic block (name=" << i->getName() << ") has "
2121                << i->size() << " instructions.\n";
2122
2123 Note that i can be used as if it were a pointer for the purposes of invoking
2124 member functions of the ``Instruction`` class.  This is because the indirection
2125 operator is overloaded for the iterator classes.  In the above code, the
2126 expression ``i->size()`` is exactly equivalent to ``(*i).size()`` just like
2127 you'd expect.
2128
2129 .. _iterate_basicblock:
2130
2131 Iterating over the ``Instruction`` in a ``BasicBlock``
2132 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2133
2134 Just like when dealing with ``BasicBlock``\ s in ``Function``\ s, it's easy to
2135 iterate over the individual instructions that make up ``BasicBlock``\ s.  Here's
2136 a code snippet that prints out each instruction in a ``BasicBlock``:
2137
2138 .. code-block:: c++
2139
2140   // blk is a pointer to a BasicBlock instance
2141   for (BasicBlock::iterator i = blk->begin(), e = blk->end(); i != e; ++i)
2142      // The next statement works since operator<<(ostream&,...)
2143      // is overloaded for Instruction&
2144      errs() << *i << "\n";
2145
2146
2147 However, this isn't really the best way to print out the contents of a
2148 ``BasicBlock``!  Since the ostream operators are overloaded for virtually
2149 anything you'll care about, you could have just invoked the print routine on the
2150 basic block itself: ``errs() << *blk << "\n";``.
2151
2152 .. _iterate_insiter:
2153
2154 Iterating over the ``Instruction`` in a ``Function``
2155 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2156
2157 If you're finding that you commonly iterate over a ``Function``'s
2158 ``BasicBlock``\ s and then that ``BasicBlock``'s ``Instruction``\ s,
2159 ``InstIterator`` should be used instead.  You'll need to include
2160 ``llvm/IR/InstIterator.h`` (`doxygen
2161 <http://llvm.org/doxygen/InstIterator_8h.html>`__) and then instantiate
2162 ``InstIterator``\ s explicitly in your code.  Here's a small example that shows
2163 how to dump all instructions in a function to the standard error stream:
2164
2165 .. code-block:: c++
2166
2167   #include "llvm/IR/InstIterator.h"
2168
2169   // F is a pointer to a Function instance
2170   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2171     errs() << *I << "\n";
2172
2173 Easy, isn't it?  You can also use ``InstIterator``\ s to fill a work list with
2174 its initial contents.  For example, if you wanted to initialize a work list to
2175 contain all instructions in a ``Function`` F, all you would need to do is
2176 something like:
2177
2178 .. code-block:: c++
2179
2180   std::set<Instruction*> worklist;
2181   // or better yet, SmallPtrSet<Instruction*, 64> worklist;
2182
2183   for (inst_iterator I = inst_begin(F), E = inst_end(F); I != E; ++I)
2184     worklist.insert(&*I);
2185
2186 The STL set ``worklist`` would now contain all instructions in the ``Function``
2187 pointed to by F.
2188
2189 .. _iterate_convert:
2190
2191 Turning an iterator into a class pointer (and vice-versa)
2192 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2193
2194 Sometimes, it'll be useful to grab a reference (or pointer) to a class instance
2195 when all you've got at hand is an iterator.  Well, extracting a reference or a
2196 pointer from an iterator is very straight-forward.  Assuming that ``i`` is a
2197 ``BasicBlock::iterator`` and ``j`` is a ``BasicBlock::const_iterator``:
2198
2199 .. code-block:: c++
2200
2201   Instruction& inst = *i;   // Grab reference to instruction reference
2202   Instruction* pinst = &*i; // Grab pointer to instruction reference
2203   const Instruction& inst = *j;
2204
2205 However, the iterators you'll be working with in the LLVM framework are special:
2206 they will automatically convert to a ptr-to-instance type whenever they need to.
2207 Instead of dereferencing the iterator and then taking the address of the result,
2208 you can simply assign the iterator to the proper pointer type and you get the
2209 dereference and address-of operation as a result of the assignment (behind the
2210 scenes, this is a result of overloading casting mechanisms).  Thus the second
2211 line of the last example,
2212
2213 .. code-block:: c++
2214
2215   Instruction *pinst = &*i;
2216
2217 is semantically equivalent to
2218
2219 .. code-block:: c++
2220
2221   Instruction *pinst = i;
2222
2223 It's also possible to turn a class pointer into the corresponding iterator, and
2224 this is a constant time operation (very efficient).  The following code snippet
2225 illustrates use of the conversion constructors provided by LLVM iterators.  By
2226 using these, you can explicitly grab the iterator of something without actually
2227 obtaining it via iteration over some structure:
2228
2229 .. code-block:: c++
2230
2231   void printNextInstruction(Instruction* inst) {
2232     BasicBlock::iterator it(inst);
2233     ++it; // After this line, it refers to the instruction after *inst
2234     if (it != inst->getParent()->end()) errs() << *it << "\n";
2235   }
2236
2237 Unfortunately, these implicit conversions come at a cost; they prevent these
2238 iterators from conforming to standard iterator conventions, and thus from being
2239 usable with standard algorithms and containers.  For example, they prevent the
2240 following code, where ``B`` is a ``BasicBlock``, from compiling:
2241
2242 .. code-block:: c++
2243
2244   llvm::SmallVector<llvm::Instruction *, 16>(B->begin(), B->end());
2245
2246 Because of this, these implicit conversions may be removed some day, and
2247 ``operator*`` changed to return a pointer instead of a reference.
2248
2249 .. _iterate_complex:
2250
2251 Finding call sites: a slightly more complex example
2252 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2253
2254 Say that you're writing a FunctionPass and would like to count all the locations
2255 in the entire module (that is, across every ``Function``) where a certain
2256 function (i.e., some ``Function *``) is already in scope.  As you'll learn
2257 later, you may want to use an ``InstVisitor`` to accomplish this in a much more
2258 straight-forward manner, but this example will allow us to explore how you'd do
2259 it if you didn't have ``InstVisitor`` around.  In pseudo-code, this is what we
2260 want to do:
2261
2262 .. code-block:: none
2263
2264   initialize callCounter to zero
2265   for each Function f in the Module
2266     for each BasicBlock b in f
2267       for each Instruction i in b
2268         if (i is a CallInst and calls the given function)
2269           increment callCounter
2270
2271 And the actual code is (remember, because we're writing a ``FunctionPass``, our
2272 ``FunctionPass``-derived class simply has to override the ``runOnFunction``
2273 method):
2274
2275 .. code-block:: c++
2276
2277   Function* targetFunc = ...;
2278
2279   class OurFunctionPass : public FunctionPass {
2280     public:
2281       OurFunctionPass(): callCounter(0) { }
2282
2283       virtual runOnFunction(Function& F) {
2284         for (Function::iterator b = F.begin(), be = F.end(); b != be; ++b) {
2285           for (BasicBlock::iterator i = b->begin(), ie = b->end(); i != ie; ++i) {
2286             if (CallInst* callInst = dyn_cast<CallInst>(&*i)) {
2287               // We know we've encountered a call instruction, so we
2288               // need to determine if it's a call to the
2289               // function pointed to by m_func or not.
2290               if (callInst->getCalledFunction() == targetFunc)
2291                 ++callCounter;
2292             }
2293           }
2294         }
2295       }
2296
2297     private:
2298       unsigned callCounter;
2299   };
2300
2301 .. _calls_and_invokes:
2302
2303 Treating calls and invokes the same way
2304 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2305
2306 You may have noticed that the previous example was a bit oversimplified in that
2307 it did not deal with call sites generated by 'invoke' instructions.  In this,
2308 and in other situations, you may find that you want to treat ``CallInst``\ s and
2309 ``InvokeInst``\ s the same way, even though their most-specific common base
2310 class is ``Instruction``, which includes lots of less closely-related things.
2311 For these cases, LLVM provides a handy wrapper class called ``CallSite``
2312 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1CallSite.html>`__) It is
2313 essentially a wrapper around an ``Instruction`` pointer, with some methods that
2314 provide functionality common to ``CallInst``\ s and ``InvokeInst``\ s.
2315
2316 This class has "value semantics": it should be passed by value, not by reference
2317 and it should not be dynamically allocated or deallocated using ``operator new``
2318 or ``operator delete``.  It is efficiently copyable, assignable and
2319 constructable, with costs equivalents to that of a bare pointer.  If you look at
2320 its definition, it has only a single pointer member.
2321
2322 .. _iterate_chains:
2323
2324 Iterating over def-use & use-def chains
2325 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2326
2327 Frequently, we might have an instance of the ``Value`` class (`doxygen
2328 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`__) and we want to determine
2329 which ``User`` s use the ``Value``.  The list of all ``User``\ s of a particular
2330 ``Value`` is called a *def-use* chain.  For example, let's say we have a
2331 ``Function*`` named ``F`` to a particular function ``foo``.  Finding all of the
2332 instructions that *use* ``foo`` is as simple as iterating over the *def-use*
2333 chain of ``F``:
2334
2335 .. code-block:: c++
2336
2337   Function *F = ...;
2338
2339   for (User *U : F->users()) {
2340     if (Instruction *Inst = dyn_cast<Instruction>(U)) {
2341       errs() << "F is used in instruction:\n";
2342       errs() << *Inst << "\n";
2343     }
2344
2345 Alternatively, it's common to have an instance of the ``User`` Class (`doxygen
2346 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__) and need to know what
2347 ``Value``\ s are used by it.  The list of all ``Value``\ s used by a ``User`` is
2348 known as a *use-def* chain.  Instances of class ``Instruction`` are common
2349 ``User`` s, so we might want to iterate over all of the values that a particular
2350 instruction uses (that is, the operands of the particular ``Instruction``):
2351
2352 .. code-block:: c++
2353
2354   Instruction *pi = ...;
2355
2356   for (Use &U : pi->operands()) {
2357     Value *v = U.get();
2358     // ...
2359   }
2360
2361 Declaring objects as ``const`` is an important tool of enforcing mutation free
2362 algorithms (such as analyses, etc.).  For this purpose above iterators come in
2363 constant flavors as ``Value::const_use_iterator`` and
2364 ``Value::const_op_iterator``.  They automatically arise when calling
2365 ``use/op_begin()`` on ``const Value*``\ s or ``const User*``\ s respectively.
2366 Upon dereferencing, they return ``const Use*``\ s.  Otherwise the above patterns
2367 remain unchanged.
2368
2369 .. _iterate_preds:
2370
2371 Iterating over predecessors & successors of blocks
2372 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2373
2374 Iterating over the predecessors and successors of a block is quite easy with the
2375 routines defined in ``"llvm/IR/CFG.h"``.  Just use code like this to
2376 iterate over all predecessors of BB:
2377
2378 .. code-block:: c++
2379
2380   #include "llvm/IR/CFG.h"
2381   BasicBlock *BB = ...;
2382
2383   for (pred_iterator PI = pred_begin(BB), E = pred_end(BB); PI != E; ++PI) {
2384     BasicBlock *Pred = *PI;
2385     // ...
2386   }
2387
2388 Similarly, to iterate over successors use ``succ_iterator/succ_begin/succ_end``.
2389
2390 .. _simplechanges:
2391
2392 Making simple changes
2393 ---------------------
2394
2395 There are some primitive transformation operations present in the LLVM
2396 infrastructure that are worth knowing about.  When performing transformations,
2397 it's fairly common to manipulate the contents of basic blocks.  This section
2398 describes some of the common methods for doing so and gives example code.
2399
2400 .. _schanges_creating:
2401
2402 Creating and inserting new ``Instruction``\ s
2403 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2404
2405 *Instantiating Instructions*
2406
2407 Creation of ``Instruction``\ s is straight-forward: simply call the constructor
2408 for the kind of instruction to instantiate and provide the necessary parameters.
2409 For example, an ``AllocaInst`` only *requires* a (const-ptr-to) ``Type``.  Thus:
2410
2411 .. code-block:: c++
2412
2413   AllocaInst* ai = new AllocaInst(Type::Int32Ty);
2414
2415 will create an ``AllocaInst`` instance that represents the allocation of one
2416 integer in the current stack frame, at run time.  Each ``Instruction`` subclass
2417 is likely to have varying default parameters which change the semantics of the
2418 instruction, so refer to the `doxygen documentation for the subclass of
2419 Instruction <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_ that
2420 you're interested in instantiating.
2421
2422 *Naming values*
2423
2424 It is very useful to name the values of instructions when you're able to, as
2425 this facilitates the debugging of your transformations.  If you end up looking
2426 at generated LLVM machine code, you definitely want to have logical names
2427 associated with the results of instructions!  By supplying a value for the
2428 ``Name`` (default) parameter of the ``Instruction`` constructor, you associate a
2429 logical name with the result of the instruction's execution at run time.  For
2430 example, say that I'm writing a transformation that dynamically allocates space
2431 for an integer on the stack, and that integer is going to be used as some kind
2432 of index by some other code.  To accomplish this, I place an ``AllocaInst`` at
2433 the first point in the first ``BasicBlock`` of some ``Function``, and I'm
2434 intending to use it within the same ``Function``.  I might do:
2435
2436 .. code-block:: c++
2437
2438   AllocaInst* pa = new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "indexLoc");
2439
2440 where ``indexLoc`` is now the logical name of the instruction's execution value,
2441 which is a pointer to an integer on the run time stack.
2442
2443 *Inserting instructions*
2444
2445 There are essentially three ways to insert an ``Instruction`` into an existing
2446 sequence of instructions that form a ``BasicBlock``:
2447
2448 * Insertion into an explicit instruction list
2449
2450   Given a ``BasicBlock* pb``, an ``Instruction* pi`` within that ``BasicBlock``,
2451   and a newly-created instruction we wish to insert before ``*pi``, we do the
2452   following:
2453
2454   .. code-block:: c++
2455
2456       BasicBlock *pb = ...;
2457       Instruction *pi = ...;
2458       Instruction *newInst = new Instruction(...);
2459
2460       pb->getInstList().insert(pi, newInst); // Inserts newInst before pi in pb
2461
2462   Appending to the end of a ``BasicBlock`` is so common that the ``Instruction``
2463   class and ``Instruction``-derived classes provide constructors which take a
2464   pointer to a ``BasicBlock`` to be appended to.  For example code that looked
2465   like:
2466
2467   .. code-block:: c++
2468
2469     BasicBlock *pb = ...;
2470     Instruction *newInst = new Instruction(...);
2471
2472     pb->getInstList().push_back(newInst); // Appends newInst to pb
2473
2474   becomes:
2475
2476   .. code-block:: c++
2477
2478     BasicBlock *pb = ...;
2479     Instruction *newInst = new Instruction(..., pb);
2480
2481   which is much cleaner, especially if you are creating long instruction
2482   streams.
2483
2484 * Insertion into an implicit instruction list
2485
2486   ``Instruction`` instances that are already in ``BasicBlock``\ s are implicitly
2487   associated with an existing instruction list: the instruction list of the
2488   enclosing basic block.  Thus, we could have accomplished the same thing as the
2489   above code without being given a ``BasicBlock`` by doing:
2490
2491   .. code-block:: c++
2492
2493     Instruction *pi = ...;
2494     Instruction *newInst = new Instruction(...);
2495
2496     pi->getParent()->getInstList().insert(pi, newInst);
2497
2498   In fact, this sequence of steps occurs so frequently that the ``Instruction``
2499   class and ``Instruction``-derived classes provide constructors which take (as
2500   a default parameter) a pointer to an ``Instruction`` which the newly-created
2501   ``Instruction`` should precede.  That is, ``Instruction`` constructors are
2502   capable of inserting the newly-created instance into the ``BasicBlock`` of a
2503   provided instruction, immediately before that instruction.  Using an
2504   ``Instruction`` constructor with a ``insertBefore`` (default) parameter, the
2505   above code becomes:
2506
2507   .. code-block:: c++
2508
2509     Instruction* pi = ...;
2510     Instruction* newInst = new Instruction(..., pi);
2511
2512   which is much cleaner, especially if you're creating a lot of instructions and
2513   adding them to ``BasicBlock``\ s.
2514
2515 * Insertion using an instance of ``IRBuilder``
2516
2517   Inserting several ``Instruction``\ s can be quite laborious using the previous
2518   methods. The ``IRBuilder`` is a convenience class that can be used to add
2519   several instructions to the end of a ``BasicBlock`` or before a particular
2520   ``Instruction``. It also supports constant folding and renaming named
2521   registers (see ``IRBuilder``'s template arguments).
2522
2523   The example below demonstrates a very simple use of the ``IRBuilder`` where
2524   three instructions are inserted before the instruction ``pi``. The first two
2525   instructions are Call instructions and third instruction multiplies the return
2526   value of the two calls.
2527
2528   .. code-block:: c++
2529
2530     Instruction *pi = ...;
2531     IRBuilder<> Builder(pi);
2532     CallInst* callOne = Builder.CreateCall(...);
2533     CallInst* callTwo = Builder.CreateCall(...);
2534     Value* result = Builder.CreateMul(callOne, callTwo);
2535
2536   The example below is similar to the above example except that the created
2537   ``IRBuilder`` inserts instructions at the end of the ``BasicBlock`` ``pb``.
2538
2539   .. code-block:: c++
2540
2541     BasicBlock *pb = ...;
2542     IRBuilder<> Builder(pb);
2543     CallInst* callOne = Builder.CreateCall(...);
2544     CallInst* callTwo = Builder.CreateCall(...);
2545     Value* result = Builder.CreateMul(callOne, callTwo);
2546
2547   See :doc:`tutorial/LangImpl03` for a practical use of the ``IRBuilder``.
2548
2549
2550 .. _schanges_deleting:
2551
2552 Deleting Instructions
2553 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2554
2555 Deleting an instruction from an existing sequence of instructions that form a
2556 BasicBlock_ is very straight-forward: just call the instruction's
2557 ``eraseFromParent()`` method.  For example:
2558
2559 .. code-block:: c++
2560
2561   Instruction *I = .. ;
2562   I->eraseFromParent();
2563
2564 This unlinks the instruction from its containing basic block and deletes it.  If
2565 you'd just like to unlink the instruction from its containing basic block but
2566 not delete it, you can use the ``removeFromParent()`` method.
2567
2568 .. _schanges_replacing:
2569
2570 Replacing an Instruction with another Value
2571 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2572
2573 Replacing individual instructions
2574 """""""""""""""""""""""""""""""""
2575
2576 Including "`llvm/Transforms/Utils/BasicBlockUtils.h
2577 <http://llvm.org/doxygen/BasicBlockUtils_8h-source.html>`_" permits use of two
2578 very useful replace functions: ``ReplaceInstWithValue`` and
2579 ``ReplaceInstWithInst``.
2580
2581 .. _schanges_deleting_sub:
2582
2583 Deleting Instructions
2584 """""""""""""""""""""
2585
2586 * ``ReplaceInstWithValue``
2587
2588   This function replaces all uses of a given instruction with a value, and then
2589   removes the original instruction.  The following example illustrates the
2590   replacement of the result of a particular ``AllocaInst`` that allocates memory
2591   for a single integer with a null pointer to an integer.
2592
2593   .. code-block:: c++
2594
2595     AllocaInst* instToReplace = ...;
2596     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
2597
2598     ReplaceInstWithValue(instToReplace->getParent()->getInstList(), ii,
2599                          Constant::getNullValue(PointerType::getUnqual(Type::Int32Ty)));
2600
2601 * ``ReplaceInstWithInst``
2602
2603   This function replaces a particular instruction with another instruction,
2604   inserting the new instruction into the basic block at the location where the
2605   old instruction was, and replacing any uses of the old instruction with the
2606   new instruction.  The following example illustrates the replacement of one
2607   ``AllocaInst`` with another.
2608
2609   .. code-block:: c++
2610
2611     AllocaInst* instToReplace = ...;
2612     BasicBlock::iterator ii(instToReplace);
2613
2614     ReplaceInstWithInst(instToReplace->getParent()->getInstList(), ii,
2615                         new AllocaInst(Type::Int32Ty, 0, "ptrToReplacedInt"));
2616
2617
2618 Replacing multiple uses of Users and Values
2619 """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
2620
2621 You can use ``Value::replaceAllUsesWith`` and ``User::replaceUsesOfWith`` to
2622 change more than one use at a time.  See the doxygen documentation for the
2623 `Value Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_ and `User Class
2624 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_, respectively, for more
2625 information.
2626
2627 .. _schanges_deletingGV:
2628
2629 Deleting GlobalVariables
2630 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2631
2632 Deleting a global variable from a module is just as easy as deleting an
2633 Instruction.  First, you must have a pointer to the global variable that you
2634 wish to delete.  You use this pointer to erase it from its parent, the module.
2635 For example:
2636
2637 .. code-block:: c++
2638
2639   GlobalVariable *GV = .. ;
2640
2641   GV->eraseFromParent();
2642
2643
2644 .. _create_types:
2645
2646 How to Create Types
2647 -------------------
2648
2649 In generating IR, you may need some complex types.  If you know these types
2650 statically, you can use ``TypeBuilder<...>::get()``, defined in
2651 ``llvm/Support/TypeBuilder.h``, to retrieve them.  ``TypeBuilder`` has two forms
2652 depending on whether you're building types for cross-compilation or native
2653 library use.  ``TypeBuilder<T, true>`` requires that ``T`` be independent of the
2654 host environment, meaning that it's built out of types from the ``llvm::types``
2655 (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/namespacellvm_1_1types.html>`__) namespace
2656 and pointers, functions, arrays, etc. built of those.  ``TypeBuilder<T, false>``
2657 additionally allows native C types whose size may depend on the host compiler.
2658 For example,
2659
2660 .. code-block:: c++
2661
2662   FunctionType *ft = TypeBuilder<types::i<8>(types::i<32>*), true>::get();
2663
2664 is easier to read and write than the equivalent
2665
2666 .. code-block:: c++
2667
2668   std::vector<const Type*> params;
2669   params.push_back(PointerType::getUnqual(Type::Int32Ty));
2670   FunctionType *ft = FunctionType::get(Type::Int8Ty, params, false);
2671
2672 See the `class comment
2673 <http://llvm.org/doxygen/TypeBuilder_8h-source.html#l00001>`_ for more details.
2674
2675 .. _threading:
2676
2677 Threads and LLVM
2678 ================
2679
2680 This section describes the interaction of the LLVM APIs with multithreading,
2681 both on the part of client applications, and in the JIT, in the hosted
2682 application.
2683
2684 Note that LLVM's support for multithreading is still relatively young.  Up
2685 through version 2.5, the execution of threaded hosted applications was
2686 supported, but not threaded client access to the APIs.  While this use case is
2687 now supported, clients *must* adhere to the guidelines specified below to ensure
2688 proper operation in multithreaded mode.
2689
2690 Note that, on Unix-like platforms, LLVM requires the presence of GCC's atomic
2691 intrinsics in order to support threaded operation.  If you need a
2692 multhreading-capable LLVM on a platform without a suitably modern system
2693 compiler, consider compiling LLVM and LLVM-GCC in single-threaded mode, and
2694 using the resultant compiler to build a copy of LLVM with multithreading
2695 support.
2696
2697 .. _shutdown:
2698
2699 Ending Execution with ``llvm_shutdown()``
2700 -----------------------------------------
2701
2702 When you are done using the LLVM APIs, you should call ``llvm_shutdown()`` to
2703 deallocate memory used for internal structures.
2704
2705 .. _managedstatic:
2706
2707 Lazy Initialization with ``ManagedStatic``
2708 ------------------------------------------
2709
2710 ``ManagedStatic`` is a utility class in LLVM used to implement static
2711 initialization of static resources, such as the global type tables.  In a
2712 single-threaded environment, it implements a simple lazy initialization scheme.
2713 When LLVM is compiled with support for multi-threading, however, it uses
2714 double-checked locking to implement thread-safe lazy initialization.
2715
2716 .. _llvmcontext:
2717
2718 Achieving Isolation with ``LLVMContext``
2719 ----------------------------------------
2720
2721 ``LLVMContext`` is an opaque class in the LLVM API which clients can use to
2722 operate multiple, isolated instances of LLVM concurrently within the same
2723 address space.  For instance, in a hypothetical compile-server, the compilation
2724 of an individual translation unit is conceptually independent from all the
2725 others, and it would be desirable to be able to compile incoming translation
2726 units concurrently on independent server threads.  Fortunately, ``LLVMContext``
2727 exists to enable just this kind of scenario!
2728
2729 Conceptually, ``LLVMContext`` provides isolation.  Every LLVM entity
2730 (``Module``\ s, ``Value``\ s, ``Type``\ s, ``Constant``\ s, etc.) in LLVM's
2731 in-memory IR belongs to an ``LLVMContext``.  Entities in different contexts
2732 *cannot* interact with each other: ``Module``\ s in different contexts cannot be
2733 linked together, ``Function``\ s cannot be added to ``Module``\ s in different
2734 contexts, etc.  What this means is that is is safe to compile on multiple
2735 threads simultaneously, as long as no two threads operate on entities within the
2736 same context.
2737
2738 In practice, very few places in the API require the explicit specification of a
2739 ``LLVMContext``, other than the ``Type`` creation/lookup APIs.  Because every
2740 ``Type`` carries a reference to its owning context, most other entities can
2741 determine what context they belong to by looking at their own ``Type``.  If you
2742 are adding new entities to LLVM IR, please try to maintain this interface
2743 design.
2744
2745 .. _jitthreading:
2746
2747 Threads and the JIT
2748 -------------------
2749
2750 LLVM's "eager" JIT compiler is safe to use in threaded programs.  Multiple
2751 threads can call ``ExecutionEngine::getPointerToFunction()`` or
2752 ``ExecutionEngine::runFunction()`` concurrently, and multiple threads can run
2753 code output by the JIT concurrently.  The user must still ensure that only one
2754 thread accesses IR in a given ``LLVMContext`` while another thread might be
2755 modifying it.  One way to do that is to always hold the JIT lock while accessing
2756 IR outside the JIT (the JIT *modifies* the IR by adding ``CallbackVH``\ s).
2757 Another way is to only call ``getPointerToFunction()`` from the
2758 ``LLVMContext``'s thread.
2759
2760 When the JIT is configured to compile lazily (using
2761 ``ExecutionEngine::DisableLazyCompilation(false)``), there is currently a `race
2762 condition <http://llvm.org/bugs/show_bug.cgi?id=5184>`_ in updating call sites
2763 after a function is lazily-jitted.  It's still possible to use the lazy JIT in a
2764 threaded program if you ensure that only one thread at a time can call any
2765 particular lazy stub and that the JIT lock guards any IR access, but we suggest
2766 using only the eager JIT in threaded programs.
2767
2768 .. _advanced:
2769
2770 Advanced Topics
2771 ===============
2772
2773 This section describes some of the advanced or obscure API's that most clients
2774 do not need to be aware of.  These API's tend manage the inner workings of the
2775 LLVM system, and only need to be accessed in unusual circumstances.
2776
2777 .. _SymbolTable:
2778
2779 The ``ValueSymbolTable`` class
2780 ------------------------------
2781
2782 The ``ValueSymbolTable`` (`doxygen
2783 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1ValueSymbolTable.html>`__) class provides
2784 a symbol table that the :ref:`Function <c_Function>` and Module_ classes use for
2785 naming value definitions.  The symbol table can provide a name for any Value_.
2786
2787 Note that the ``SymbolTable`` class should not be directly accessed by most
2788 clients.  It should only be used when iteration over the symbol table names
2789 themselves are required, which is very special purpose.  Note that not all LLVM
2790 Value_\ s have names, and those without names (i.e. they have an empty name) do
2791 not exist in the symbol table.
2792
2793 Symbol tables support iteration over the values in the symbol table with
2794 ``begin/end/iterator`` and supports querying to see if a specific name is in the
2795 symbol table (with ``lookup``).  The ``ValueSymbolTable`` class exposes no
2796 public mutator methods, instead, simply call ``setName`` on a value, which will
2797 autoinsert it into the appropriate symbol table.
2798
2799 .. _UserLayout:
2800
2801 The ``User`` and owned ``Use`` classes' memory layout
2802 -----------------------------------------------------
2803
2804 The ``User`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`__)
2805 class provides a basis for expressing the ownership of ``User`` towards other
2806 `Value instance <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_\ s.  The
2807 ``Use`` (`doxygen <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Use.html>`__) helper
2808 class is employed to do the bookkeeping and to facilitate *O(1)* addition and
2809 removal.
2810
2811 .. _Use2User:
2812
2813 Interaction and relationship between ``User`` and ``Use`` objects
2814 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2815
2816 A subclass of ``User`` can choose between incorporating its ``Use`` objects or
2817 refer to them out-of-line by means of a pointer.  A mixed variant (some ``Use``
2818 s inline others hung off) is impractical and breaks the invariant that the
2819 ``Use`` objects belonging to the same ``User`` form a contiguous array.
2820
2821 We have 2 different layouts in the ``User`` (sub)classes:
2822
2823 * Layout a)
2824
2825   The ``Use`` object(s) are inside (resp. at fixed offset) of the ``User``
2826   object and there are a fixed number of them.
2827
2828 * Layout b)
2829
2830   The ``Use`` object(s) are referenced by a pointer to an array from the
2831   ``User`` object and there may be a variable number of them.
2832
2833 As of v2.4 each layout still possesses a direct pointer to the start of the
2834 array of ``Use``\ s.  Though not mandatory for layout a), we stick to this
2835 redundancy for the sake of simplicity.  The ``User`` object also stores the
2836 number of ``Use`` objects it has. (Theoretically this information can also be
2837 calculated given the scheme presented below.)
2838
2839 Special forms of allocation operators (``operator new``) enforce the following
2840 memory layouts:
2841
2842 * Layout a) is modelled by prepending the ``User`` object by the ``Use[]``
2843   array.
2844
2845   .. code-block:: none
2846
2847     ...---.---.---.---.-------...
2848       | P | P | P | P | User
2849     '''---'---'---'---'-------'''
2850
2851 * Layout b) is modelled by pointing at the ``Use[]`` array.
2852
2853   .. code-block:: none
2854
2855     .-------...
2856     | User
2857     '-------'''
2858         |
2859         v
2860         .---.---.---.---...
2861         | P | P | P | P |
2862         '---'---'---'---'''
2863
2864 *(In the above figures* '``P``' *stands for the* ``Use**`` *that is stored in
2865 each* ``Use`` *object in the member* ``Use::Prev`` *)*
2866
2867 .. _Waymarking:
2868
2869 The waymarking algorithm
2870 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2871
2872 Since the ``Use`` objects are deprived of the direct (back)pointer to their
2873 ``User`` objects, there must be a fast and exact method to recover it.  This is
2874 accomplished by the following scheme:
2875
2876 A bit-encoding in the 2 LSBits (least significant bits) of the ``Use::Prev``
2877 allows to find the start of the ``User`` object:
2878
2879 * ``00`` --- binary digit 0
2880
2881 * ``01`` --- binary digit 1
2882
2883 * ``10`` --- stop and calculate (``s``)
2884
2885 * ``11`` --- full stop (``S``)
2886
2887 Given a ``Use*``, all we have to do is to walk till we get a stop and we either
2888 have a ``User`` immediately behind or we have to walk to the next stop picking
2889 up digits and calculating the offset:
2890
2891 .. code-block:: none
2892
2893   .---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.---.----------------
2894   | 1 | s | 1 | 0 | 1 | 0 | s | 1 | 1 | 0 | s | 1 | 1 | s | 1 | S | User (or User*)
2895   '---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'---'----------------
2896       |+15                |+10            |+6         |+3     |+1
2897       |                   |               |           |       | __>
2898       |                   |               |           | __________>
2899       |                   |               | ______________________>
2900       |                   | ______________________________________>
2901       | __________________________________________________________>
2902
2903 Only the significant number of bits need to be stored between the stops, so that
2904 the *worst case is 20 memory accesses* when there are 1000 ``Use`` objects
2905 associated with a ``User``.
2906
2907 .. _ReferenceImpl:
2908
2909 Reference implementation
2910 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2911
2912 The following literate Haskell fragment demonstrates the concept:
2913
2914 .. code-block:: haskell
2915
2916   > import Test.QuickCheck
2917   >
2918   > digits :: Int -> [Char] -> [Char]
2919   > digits 0 acc = '0' : acc
2920   > digits 1 acc = '1' : acc
2921   > digits n acc = digits (n `div` 2) $ digits (n `mod` 2) acc
2922   >
2923   > dist :: Int -> [Char] -> [Char]
2924   > dist 0 [] = ['S']
2925   > dist 0 acc = acc
2926   > dist 1 acc = let r = dist 0 acc in 's' : digits (length r) r
2927   > dist n acc = dist (n - 1) $ dist 1 acc
2928   >
2929   > takeLast n ss = reverse $ take n $ reverse ss
2930   >
2931   > test = takeLast 40 $ dist 20 []
2932   >
2933
2934 Printing <test> gives: ``"1s100000s11010s10100s1111s1010s110s11s1S"``
2935
2936 The reverse algorithm computes the length of the string just by examining a
2937 certain prefix:
2938
2939 .. code-block:: haskell
2940
2941   > pref :: [Char] -> Int
2942   > pref "S" = 1
2943   > pref ('s':'1':rest) = decode 2 1 rest
2944   > pref (_:rest) = 1 + pref rest
2945   >
2946   > decode walk acc ('0':rest) = decode (walk + 1) (acc * 2) rest
2947   > decode walk acc ('1':rest) = decode (walk + 1) (acc * 2 + 1) rest
2948   > decode walk acc _ = walk + acc
2949   >
2950
2951 Now, as expected, printing <pref test> gives ``40``.
2952
2953 We can *quickCheck* this with following property:
2954
2955 .. code-block:: haskell
2956
2957   > testcase = dist 2000 []
2958   > testcaseLength = length testcase
2959   >
2960   > identityProp n = n > 0 && n <= testcaseLength ==> length arr == pref arr
2961   >     where arr = takeLast n testcase
2962   >
2963
2964 As expected <quickCheck identityProp> gives:
2965
2966 ::
2967
2968   *Main> quickCheck identityProp
2969   OK, passed 100 tests.
2970
2971 Let's be a bit more exhaustive:
2972
2973 .. code-block:: haskell
2974
2975   >
2976   > deepCheck p = check (defaultConfig { configMaxTest = 500 }) p
2977   >
2978
2979 And here is the result of <deepCheck identityProp>:
2980
2981 ::
2982
2983   *Main> deepCheck identityProp
2984   OK, passed 500 tests.
2985
2986 .. _Tagging:
2987
2988 Tagging considerations
2989 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
2990
2991 To maintain the invariant that the 2 LSBits of each ``Use**`` in ``Use`` never
2992 change after being set up, setters of ``Use::Prev`` must re-tag the new
2993 ``Use**`` on every modification.  Accordingly getters must strip the tag bits.
2994
2995 For layout b) instead of the ``User`` we find a pointer (``User*`` with LSBit
2996 set).  Following this pointer brings us to the ``User``.  A portable trick
2997 ensures that the first bytes of ``User`` (if interpreted as a pointer) never has
2998 the LSBit set. (Portability is relying on the fact that all known compilers
2999 place the ``vptr`` in the first word of the instances.)
3000
3001 .. _polymorphism:
3002
3003 Designing Type Hiercharies and Polymorphic Interfaces
3004 -----------------------------------------------------
3005
3006 There are two different design patterns that tend to result in the use of
3007 virtual dispatch for methods in a type hierarchy in C++ programs. The first is
3008 a genuine type hierarchy where different types in the hierarchy model
3009 a specific subset of the functionality and semantics, and these types nest
3010 strictly within each other. Good examples of this can be seen in the ``Value``
3011 or ``Type`` type hierarchies.
3012
3013 A second is the desire to dispatch dynamically across a collection of
3014 polymorphic interface implementations. This latter use case can be modeled with
3015 virtual dispatch and inheritance by defining an abstract interface base class
3016 which all implementations derive from and override. However, this
3017 implementation strategy forces an **"is-a"** relationship to exist that is not
3018 actually meaningful. There is often not some nested hierarchy of useful
3019 generalizations which code might interact with and move up and down. Instead,
3020 there is a singular interface which is dispatched across a range of
3021 implementations.
3022
3023 The preferred implementation strategy for the second use case is that of
3024 generic programming (sometimes called "compile-time duck typing" or "static
3025 polymorphism"). For example, a template over some type parameter ``T`` can be
3026 instantiated across any particular implementation that conforms to the
3027 interface or *concept*. A good example here is the highly generic properties of
3028 any type which models a node in a directed graph. LLVM models these primarily
3029 through templates and generic programming. Such templates include the
3030 ``LoopInfoBase`` and ``DominatorTreeBase``. When this type of polymorphism
3031 truly needs **dynamic** dispatch you can generalize it using a technique
3032 called *concept-based polymorphism*. This pattern emulates the interfaces and
3033 behaviors of templates using a very limited form of virtual dispatch for type
3034 erasure inside its implementation. You can find examples of this technique in
3035 the ``PassManager.h`` system, and there is a more detailed introduction to it
3036 by Sean Parent in several of his talks and papers:
3037
3038 #. `Inheritance Is The Base Class of Evil
3039    <http://channel9.msdn.com/Events/GoingNative/2013/Inheritance-Is-The-Base-Class-of-Evil>`_
3040    - The GoingNative 2013 talk describing this technique, and probably the best
3041    place to start.
3042 #. `Value Semantics and Concepts-based Polymorphism
3043    <http://www.youtube.com/watch?v=_BpMYeUFXv8>`_ - The C++Now! 2012 talk
3044    describing this technique in more detail.
3045 #. `Sean Parent's Papers and Presentations
3046    <http://github.com/sean-parent/sean-parent.github.com/wiki/Papers-and-Presentations>`_
3047    - A Github project full of links to slides, video, and sometimes code.
3048
3049 When deciding between creating a type hierarchy (with either tagged or virtual
3050 dispatch) and using templates or concepts-based polymorphism, consider whether
3051 there is some refinement of an abstract base class which is a semantically
3052 meaningful type on an interface boundary. If anything more refined than the
3053 root abstract interface is meaningless to talk about as a partial extension of
3054 the semantic model, then your use case likely fits better with polymorphism and
3055 you should avoid using virtual dispatch. However, there may be some exigent
3056 circumstances that require one technique or the other to be used.
3057
3058 If you do need to introduce a type hierarchy, we prefer to use explicitly
3059 closed type hierarchies with manual tagged dispatch and/or RTTI rather than the
3060 open inheritance model and virtual dispatch that is more common in C++ code.
3061 This is because LLVM rarely encourages library consumers to extend its core
3062 types, and leverages the closed and tag-dispatched nature of its hierarchies to
3063 generate significantly more efficient code. We have also found that a large
3064 amount of our usage of type hierarchies fits better with tag-based pattern
3065 matching rather than dynamic dispatch across a common interface. Within LLVM we
3066 have built custom helpers to facilitate this design. See this document's
3067 section on :ref:`isa and dyn_cast <isa>` and our :doc:`detailed document
3068 <HowToSetUpLLVMStyleRTTI>` which describes how you can implement this
3069 pattern for use with the LLVM helpers.
3070
3071 .. _abi_breaking_checks:
3072
3073 ABI Breaking Checks
3074 -------------------
3075
3076 Checks and asserts that alter the LLVM C++ ABI are predicated on the
3077 preprocessor symbol `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS` -- LLVM
3078 libraries built with `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS` are not ABI
3079 compatible LLVM libraries built without it defined.  By default,
3080 turning on assertions also turns on `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS`
3081 so a default +Asserts build is not ABI compatible with a
3082 default -Asserts build.  Clients that want ABI compatibility
3083 between +Asserts and -Asserts builds should use the CMake or autoconf
3084 build systems to set `LLVM_ENABLE_ABI_BREAKING_CHECKS` independently
3085 of `LLVM_ENABLE_ASSERTIONS`.
3086
3087 .. _coreclasses:
3088
3089 The Core LLVM Class Hierarchy Reference
3090 =======================================
3091
3092 ``#include "llvm/IR/Type.h"``
3093
3094 header source: `Type.h <http://llvm.org/doxygen/Type_8h-source.html>`_
3095
3096 doxygen info: `Type Clases <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Type.html>`_
3097
3098 The Core LLVM classes are the primary means of representing the program being
3099 inspected or transformed.  The core LLVM classes are defined in header files in
3100 the ``include/llvm/IR`` directory, and implemented in the ``lib/IR``
3101 directory. It's worth noting that, for historical reasons, this library is
3102 called ``libLLVMCore.so``, not ``libLLVMIR.so`` as you might expect.
3103
3104 .. _Type:
3105
3106 The Type class and Derived Types
3107 --------------------------------
3108
3109 ``Type`` is a superclass of all type classes.  Every ``Value`` has a ``Type``.
3110 ``Type`` cannot be instantiated directly but only through its subclasses.
3111 Certain primitive types (``VoidType``, ``LabelType``, ``FloatType`` and
3112 ``DoubleType``) have hidden subclasses.  They are hidden because they offer no
3113 useful functionality beyond what the ``Type`` class offers except to distinguish
3114 themselves from other subclasses of ``Type``.
3115
3116 All other types are subclasses of ``DerivedType``.  Types can be named, but this
3117 is not a requirement.  There exists exactly one instance of a given shape at any
3118 one time.  This allows type equality to be performed with address equality of
3119 the Type Instance.  That is, given two ``Type*`` values, the types are identical
3120 if the pointers are identical.
3121
3122 .. _m_Type:
3123
3124 Important Public Methods
3125 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3126
3127 * ``bool isIntegerTy() const``: Returns true for any integer type.
3128
3129 * ``bool isFloatingPointTy()``: Return true if this is one of the five
3130   floating point types.
3131
3132 * ``bool isSized()``: Return true if the type has known size.  Things
3133   that don't have a size are abstract types, labels and void.
3134
3135 .. _derivedtypes:
3136
3137 Important Derived Types
3138 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3139
3140 ``IntegerType``
3141   Subclass of DerivedType that represents integer types of any bit width.  Any
3142   bit width between ``IntegerType::MIN_INT_BITS`` (1) and
3143   ``IntegerType::MAX_INT_BITS`` (~8 million) can be represented.
3144
3145   * ``static const IntegerType* get(unsigned NumBits)``: get an integer
3146     type of a specific bit width.
3147
3148   * ``unsigned getBitWidth() const``: Get the bit width of an integer type.
3149
3150 ``SequentialType``
3151   This is subclassed by ArrayType, PointerType and VectorType.
3152
3153   * ``const Type * getElementType() const``: Returns the type of each
3154     of the elements in the sequential type.
3155
3156 ``ArrayType``
3157   This is a subclass of SequentialType and defines the interface for array
3158   types.
3159
3160   * ``unsigned getNumElements() const``: Returns the number of elements
3161     in the array.
3162
3163 ``PointerType``
3164   Subclass of SequentialType for pointer types.
3165
3166 ``VectorType``
3167   Subclass of SequentialType for vector types.  A vector type is similar to an
3168   ArrayType but is distinguished because it is a first class type whereas
3169   ArrayType is not.  Vector types are used for vector operations and are usually
3170   small vectors of an integer or floating point type.
3171
3172 ``StructType``
3173   Subclass of DerivedTypes for struct types.
3174
3175 .. _FunctionType:
3176
3177 ``FunctionType``
3178   Subclass of DerivedTypes for function types.
3179
3180   * ``bool isVarArg() const``: Returns true if it's a vararg function.
3181
3182   * ``const Type * getReturnType() const``: Returns the return type of the
3183     function.
3184
3185   * ``const Type * getParamType (unsigned i)``: Returns the type of the ith
3186     parameter.
3187
3188   * ``const unsigned getNumParams() const``: Returns the number of formal
3189     parameters.
3190
3191 .. _Module:
3192
3193 The ``Module`` class
3194 --------------------
3195
3196 ``#include "llvm/IR/Module.h"``
3197
3198 header source: `Module.h <http://llvm.org/doxygen/Module_8h-source.html>`_
3199
3200 doxygen info: `Module Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Module.html>`_
3201
3202 The ``Module`` class represents the top level structure present in LLVM
3203 programs.  An LLVM module is effectively either a translation unit of the
3204 original program or a combination of several translation units merged by the
3205 linker.  The ``Module`` class keeps track of a list of :ref:`Function
3206 <c_Function>`\ s, a list of GlobalVariable_\ s, and a SymbolTable_.
3207 Additionally, it contains a few helpful member functions that try to make common
3208 operations easy.
3209
3210 .. _m_Module:
3211
3212 Important Public Members of the ``Module`` class
3213 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3214
3215 * ``Module::Module(std::string name = "")``
3216
3217   Constructing a Module_ is easy.  You can optionally provide a name for it
3218   (probably based on the name of the translation unit).
3219
3220 * | ``Module::iterator`` - Typedef for function list iterator
3221   | ``Module::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3222   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``
3223
3224   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3225   ``Module`` object's :ref:`Function <c_Function>` list.
3226
3227 * ``Module::FunctionListType &getFunctionList()``
3228
3229   Returns the list of :ref:`Function <c_Function>`\ s.  This is necessary to use
3230   when you need to update the list or perform a complex action that doesn't have
3231   a forwarding method.
3232
3233 ----------------
3234
3235 * | ``Module::global_iterator`` - Typedef for global variable list iterator
3236   | ``Module::const_global_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3237   | ``global_begin()``, ``global_end()``, ``global_size()``, ``global_empty()``
3238
3239   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3240   ``Module`` object's GlobalVariable_ list.
3241
3242 * ``Module::GlobalListType &getGlobalList()``
3243
3244   Returns the list of GlobalVariable_\ s.  This is necessary to use when you
3245   need to update the list or perform a complex action that doesn't have a
3246   forwarding method.
3247
3248 ----------------
3249
3250 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
3251
3252   Return a reference to the SymbolTable_ for this ``Module``.
3253
3254 ----------------
3255
3256 * ``Function *getFunction(StringRef Name) const``
3257
3258   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If it does not
3259   exist, return ``null``.
3260
3261 * ``Function *getOrInsertFunction(const std::string &Name, const FunctionType
3262   *T)``
3263
3264   Look up the specified function in the ``Module`` SymbolTable_.  If it does not
3265   exist, add an external declaration for the function and return it.
3266
3267 * ``std::string getTypeName(const Type *Ty)``
3268
3269   If there is at least one entry in the SymbolTable_ for the specified Type_,
3270   return it.  Otherwise return the empty string.
3271
3272 * ``bool addTypeName(const std::string &Name, const Type *Ty)``
3273
3274   Insert an entry in the SymbolTable_ mapping ``Name`` to ``Ty``.  If there is
3275   already an entry for this name, true is returned and the SymbolTable_ is not
3276   modified.
3277
3278 .. _Value:
3279
3280 The ``Value`` class
3281 -------------------
3282
3283 ``#include "llvm/IR/Value.h"``
3284
3285 header source: `Value.h <http://llvm.org/doxygen/Value_8h-source.html>`_
3286
3287 doxygen info: `Value Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Value.html>`_
3288
3289 The ``Value`` class is the most important class in the LLVM Source base.  It
3290 represents a typed value that may be used (among other things) as an operand to
3291 an instruction.  There are many different types of ``Value``\ s, such as
3292 Constant_\ s, Argument_\ s.  Even Instruction_\ s and :ref:`Function
3293 <c_Function>`\ s are ``Value``\ s.
3294
3295 A particular ``Value`` may be used many times in the LLVM representation for a
3296 program.  For example, an incoming argument to a function (represented with an
3297 instance of the Argument_ class) is "used" by every instruction in the function
3298 that references the argument.  To keep track of this relationship, the ``Value``
3299 class keeps a list of all of the ``User``\ s that is using it (the User_ class
3300 is a base class for all nodes in the LLVM graph that can refer to ``Value``\ s).
3301 This use list is how LLVM represents def-use information in the program, and is
3302 accessible through the ``use_*`` methods, shown below.
3303
3304 Because LLVM is a typed representation, every LLVM ``Value`` is typed, and this
3305 Type_ is available through the ``getType()`` method.  In addition, all LLVM
3306 values can be named.  The "name" of the ``Value`` is a symbolic string printed
3307 in the LLVM code:
3308
3309 .. code-block:: llvm
3310
3311   %foo = add i32 1, 2
3312
3313 .. _nameWarning:
3314
3315 The name of this instruction is "foo". **NOTE** that the name of any value may
3316 be missing (an empty string), so names should **ONLY** be used for debugging
3317 (making the source code easier to read, debugging printouts), they should not be
3318 used to keep track of values or map between them.  For this purpose, use a
3319 ``std::map`` of pointers to the ``Value`` itself instead.
3320
3321 One important aspect of LLVM is that there is no distinction between an SSA
3322 variable and the operation that produces it.  Because of this, any reference to
3323 the value produced by an instruction (or the value available as an incoming
3324 argument, for example) is represented as a direct pointer to the instance of the
3325 class that represents this value.  Although this may take some getting used to,
3326 it simplifies the representation and makes it easier to manipulate.
3327
3328 .. _m_Value:
3329
3330 Important Public Members of the ``Value`` class
3331 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3332
3333 * | ``Value::use_iterator`` - Typedef for iterator over the use-list
3334   | ``Value::const_use_iterator`` - Typedef for const_iterator over the
3335     use-list
3336   | ``unsigned use_size()`` - Returns the number of users of the value.
3337   | ``bool use_empty()`` - Returns true if there are no users.
3338   | ``use_iterator use_begin()`` - Get an iterator to the start of the
3339     use-list.
3340   | ``use_iterator use_end()`` - Get an iterator to the end of the use-list.
3341   | ``User *use_back()`` - Returns the last element in the list.
3342
3343   These methods are the interface to access the def-use information in LLVM.
3344   As with all other iterators in LLVM, the naming conventions follow the
3345   conventions defined by the STL_.
3346
3347 * ``Type *getType() const``
3348   This method returns the Type of the Value.
3349
3350 * | ``bool hasName() const``
3351   | ``std::string getName() const``
3352   | ``void setName(const std::string &Name)``
3353
3354   This family of methods is used to access and assign a name to a ``Value``, be
3355   aware of the :ref:`precaution above <nameWarning>`.
3356
3357 * ``void replaceAllUsesWith(Value *V)``
3358
3359   This method traverses the use list of a ``Value`` changing all User_\ s of the
3360   current value to refer to "``V``" instead.  For example, if you detect that an
3361   instruction always produces a constant value (for example through constant
3362   folding), you can replace all uses of the instruction with the constant like
3363   this:
3364
3365   .. code-block:: c++
3366
3367     Inst->replaceAllUsesWith(ConstVal);
3368
3369 .. _User:
3370
3371 The ``User`` class
3372 ------------------
3373
3374 ``#include "llvm/IR/User.h"``
3375
3376 header source: `User.h <http://llvm.org/doxygen/User_8h-source.html>`_
3377
3378 doxygen info: `User Class <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1User.html>`_
3379
3380 Superclass: Value_
3381
3382 The ``User`` class is the common base class of all LLVM nodes that may refer to
3383 ``Value``\ s.  It exposes a list of "Operands" that are all of the ``Value``\ s
3384 that the User is referring to.  The ``User`` class itself is a subclass of
3385 ``Value``.
3386
3387 The operands of a ``User`` point directly to the LLVM ``Value`` that it refers
3388 to.  Because LLVM uses Static Single Assignment (SSA) form, there can only be
3389 one definition referred to, allowing this direct connection.  This connection
3390 provides the use-def information in LLVM.
3391
3392 .. _m_User:
3393
3394 Important Public Members of the ``User`` class
3395 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3396
3397 The ``User`` class exposes the operand list in two ways: through an index access
3398 interface and through an iterator based interface.
3399
3400 * | ``Value *getOperand(unsigned i)``
3401   | ``unsigned getNumOperands()``
3402
3403   These two methods expose the operands of the ``User`` in a convenient form for
3404   direct access.
3405
3406 * | ``User::op_iterator`` - Typedef for iterator over the operand list
3407   | ``op_iterator op_begin()`` - Get an iterator to the start of the operand
3408     list.
3409   | ``op_iterator op_end()`` - Get an iterator to the end of the operand list.
3410
3411   Together, these methods make up the iterator based interface to the operands
3412   of a ``User``.
3413
3414
3415 .. _Instruction:
3416
3417 The ``Instruction`` class
3418 -------------------------
3419
3420 ``#include "llvm/IR/Instruction.h"``
3421
3422 header source: `Instruction.h
3423 <http://llvm.org/doxygen/Instruction_8h-source.html>`_
3424
3425 doxygen info: `Instruction Class
3426 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_
3427
3428 Superclasses: User_, Value_
3429
3430 The ``Instruction`` class is the common base class for all LLVM instructions.
3431 It provides only a few methods, but is a very commonly used class.  The primary
3432 data tracked by the ``Instruction`` class itself is the opcode (instruction
3433 type) and the parent BasicBlock_ the ``Instruction`` is embedded into.  To
3434 represent a specific type of instruction, one of many subclasses of
3435 ``Instruction`` are used.
3436
3437 Because the ``Instruction`` class subclasses the User_ class, its operands can
3438 be accessed in the same way as for other ``User``\ s (with the
3439 ``getOperand()``/``getNumOperands()`` and ``op_begin()``/``op_end()`` methods).
3440 An important file for the ``Instruction`` class is the ``llvm/Instruction.def``
3441 file.  This file contains some meta-data about the various different types of
3442 instructions in LLVM.  It describes the enum values that are used as opcodes
3443 (for example ``Instruction::Add`` and ``Instruction::ICmp``), as well as the
3444 concrete sub-classes of ``Instruction`` that implement the instruction (for
3445 example BinaryOperator_ and CmpInst_).  Unfortunately, the use of macros in this
3446 file confuses doxygen, so these enum values don't show up correctly in the
3447 `doxygen output <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Instruction.html>`_.
3448
3449 .. _s_Instruction:
3450
3451 Important Subclasses of the ``Instruction`` class
3452 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3453
3454 .. _BinaryOperator:
3455
3456 * ``BinaryOperator``
3457
3458   This subclasses represents all two operand instructions whose operands must be
3459   the same type, except for the comparison instructions.
3460
3461 .. _CastInst:
3462
3463 * ``CastInst``
3464   This subclass is the parent of the 12 casting instructions.  It provides
3465   common operations on cast instructions.
3466
3467 .. _CmpInst:
3468
3469 * ``CmpInst``
3470
3471   This subclass respresents the two comparison instructions,
3472   `ICmpInst <LangRef.html#i_icmp>`_ (integer opreands), and
3473   `FCmpInst <LangRef.html#i_fcmp>`_ (floating point operands).
3474
3475 .. _TerminatorInst:
3476
3477 * ``TerminatorInst``
3478
3479   This subclass is the parent of all terminator instructions (those which can
3480   terminate a block).
3481
3482 .. _m_Instruction:
3483
3484 Important Public Members of the ``Instruction`` class
3485 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3486
3487 * ``BasicBlock *getParent()``
3488
3489   Returns the BasicBlock_ that this
3490   ``Instruction`` is embedded into.
3491
3492 * ``bool mayWriteToMemory()``
3493
3494   Returns true if the instruction writes to memory, i.e. it is a ``call``,
3495   ``free``, ``invoke``, or ``store``.
3496
3497 * ``unsigned getOpcode()``
3498
3499   Returns the opcode for the ``Instruction``.
3500
3501 * ``Instruction *clone() const``
3502
3503   Returns another instance of the specified instruction, identical in all ways
3504   to the original except that the instruction has no parent (i.e. it's not
3505   embedded into a BasicBlock_), and it has no name.
3506
3507 .. _Constant:
3508
3509 The ``Constant`` class and subclasses
3510 -------------------------------------
3511
3512 Constant represents a base class for different types of constants.  It is
3513 subclassed by ConstantInt, ConstantArray, etc. for representing the various
3514 types of Constants.  GlobalValue_ is also a subclass, which represents the
3515 address of a global variable or function.
3516
3517 .. _s_Constant:
3518
3519 Important Subclasses of Constant
3520 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3521
3522 * ConstantInt : This subclass of Constant represents an integer constant of
3523   any width.
3524
3525   * ``const APInt& getValue() const``: Returns the underlying
3526     value of this constant, an APInt value.
3527
3528   * ``int64_t getSExtValue() const``: Converts the underlying APInt value to an
3529     int64_t via sign extension.  If the value (not the bit width) of the APInt
3530     is too large to fit in an int64_t, an assertion will result.  For this
3531     reason, use of this method is discouraged.
3532
3533   * ``uint64_t getZExtValue() const``: Converts the underlying APInt value
3534     to a uint64_t via zero extension.  IF the value (not the bit width) of the
3535     APInt is too large to fit in a uint64_t, an assertion will result.  For this
3536     reason, use of this method is discouraged.
3537
3538   * ``static ConstantInt* get(const APInt& Val)``: Returns the ConstantInt
3539     object that represents the value provided by ``Val``.  The type is implied
3540     as the IntegerType that corresponds to the bit width of ``Val``.
3541
3542   * ``static ConstantInt* get(const Type *Ty, uint64_t Val)``: Returns the
3543     ConstantInt object that represents the value provided by ``Val`` for integer
3544     type ``Ty``.
3545
3546 * ConstantFP : This class represents a floating point constant.
3547
3548   * ``double getValue() const``: Returns the underlying value of this constant.
3549
3550 * ConstantArray : This represents a constant array.
3551
3552   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
3553     component constants that makeup this array.
3554
3555 * ConstantStruct : This represents a constant struct.
3556
3557   * ``const std::vector<Use> &getValues() const``: Returns a vector of
3558     component constants that makeup this array.
3559
3560 * GlobalValue : This represents either a global variable or a function.  In
3561   either case, the value is a constant fixed address (after linking).
3562
3563 .. _GlobalValue:
3564
3565 The ``GlobalValue`` class
3566 -------------------------
3567
3568 ``#include "llvm/IR/GlobalValue.h"``
3569
3570 header source: `GlobalValue.h
3571 <http://llvm.org/doxygen/GlobalValue_8h-source.html>`_
3572
3573 doxygen info: `GlobalValue Class
3574 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalValue.html>`_
3575
3576 Superclasses: Constant_, User_, Value_
3577
3578 Global values ( GlobalVariable_\ s or :ref:`Function <c_Function>`\ s) are the
3579 only LLVM values that are visible in the bodies of all :ref:`Function
3580 <c_Function>`\ s.  Because they are visible at global scope, they are also
3581 subject to linking with other globals defined in different translation units.
3582 To control the linking process, ``GlobalValue``\ s know their linkage rules.
3583 Specifically, ``GlobalValue``\ s know whether they have internal or external
3584 linkage, as defined by the ``LinkageTypes`` enumeration.
3585
3586 If a ``GlobalValue`` has internal linkage (equivalent to being ``static`` in C),
3587 it is not visible to code outside the current translation unit, and does not
3588 participate in linking.  If it has external linkage, it is visible to external
3589 code, and does participate in linking.  In addition to linkage information,
3590 ``GlobalValue``\ s keep track of which Module_ they are currently part of.
3591
3592 Because ``GlobalValue``\ s are memory objects, they are always referred to by
3593 their **address**.  As such, the Type_ of a global is always a pointer to its
3594 contents.  It is important to remember this when using the ``GetElementPtrInst``
3595 instruction because this pointer must be dereferenced first.  For example, if
3596 you have a ``GlobalVariable`` (a subclass of ``GlobalValue)`` that is an array
3597 of 24 ints, type ``[24 x i32]``, then the ``GlobalVariable`` is a pointer to
3598 that array.  Although the address of the first element of this array and the
3599 value of the ``GlobalVariable`` are the same, they have different types.  The
3600 ``GlobalVariable``'s type is ``[24 x i32]``.  The first element's type is
3601 ``i32.`` Because of this, accessing a global value requires you to dereference
3602 the pointer with ``GetElementPtrInst`` first, then its elements can be accessed.
3603 This is explained in the `LLVM Language Reference Manual
3604 <LangRef.html#globalvars>`_.
3605
3606 .. _m_GlobalValue:
3607
3608 Important Public Members of the ``GlobalValue`` class
3609 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3610
3611 * | ``bool hasInternalLinkage() const``
3612   | ``bool hasExternalLinkage() const``
3613   | ``void setInternalLinkage(bool HasInternalLinkage)``
3614
3615   These methods manipulate the linkage characteristics of the ``GlobalValue``.
3616
3617 * ``Module *getParent()``
3618
3619   This returns the Module_ that the
3620   GlobalValue is currently embedded into.
3621
3622 .. _c_Function:
3623
3624 The ``Function`` class
3625 ----------------------
3626
3627 ``#include "llvm/IR/Function.h"``
3628
3629 header source: `Function.h <http://llvm.org/doxygen/Function_8h-source.html>`_
3630
3631 doxygen info: `Function Class
3632 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Function.html>`_
3633
3634 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
3635
3636 The ``Function`` class represents a single procedure in LLVM.  It is actually
3637 one of the more complex classes in the LLVM hierarchy because it must keep track
3638 of a large amount of data.  The ``Function`` class keeps track of a list of
3639 BasicBlock_\ s, a list of formal Argument_\ s, and a SymbolTable_.
3640
3641 The list of BasicBlock_\ s is the most commonly used part of ``Function``
3642 objects.  The list imposes an implicit ordering of the blocks in the function,
3643 which indicate how the code will be laid out by the backend.  Additionally, the
3644 first BasicBlock_ is the implicit entry node for the ``Function``.  It is not
3645 legal in LLVM to explicitly branch to this initial block.  There are no implicit
3646 exit nodes, and in fact there may be multiple exit nodes from a single
3647 ``Function``.  If the BasicBlock_ list is empty, this indicates that the
3648 ``Function`` is actually a function declaration: the actual body of the function
3649 hasn't been linked in yet.
3650
3651 In addition to a list of BasicBlock_\ s, the ``Function`` class also keeps track
3652 of the list of formal Argument_\ s that the function receives.  This container
3653 manages the lifetime of the Argument_ nodes, just like the BasicBlock_ list does
3654 for the BasicBlock_\ s.
3655
3656 The SymbolTable_ is a very rarely used LLVM feature that is only used when you
3657 have to look up a value by name.  Aside from that, the SymbolTable_ is used
3658 internally to make sure that there are not conflicts between the names of
3659 Instruction_\ s, BasicBlock_\ s, or Argument_\ s in the function body.
3660
3661 Note that ``Function`` is a GlobalValue_ and therefore also a Constant_.  The
3662 value of the function is its address (after linking) which is guaranteed to be
3663 constant.
3664
3665 .. _m_Function:
3666
3667 Important Public Members of the ``Function``
3668 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3669
3670 * ``Function(const FunctionType *Ty, LinkageTypes Linkage,
3671   const std::string &N = "", Module* Parent = 0)``
3672
3673   Constructor used when you need to create new ``Function``\ s to add the
3674   program.  The constructor must specify the type of the function to create and
3675   what type of linkage the function should have.  The FunctionType_ argument
3676   specifies the formal arguments and return value for the function.  The same
3677   FunctionType_ value can be used to create multiple functions.  The ``Parent``
3678   argument specifies the Module in which the function is defined.  If this
3679   argument is provided, the function will automatically be inserted into that
3680   module's list of functions.
3681
3682 * ``bool isDeclaration()``
3683
3684   Return whether or not the ``Function`` has a body defined.  If the function is
3685   "external", it does not have a body, and thus must be resolved by linking with
3686   a function defined in a different translation unit.
3687
3688 * | ``Function::iterator`` - Typedef for basic block list iterator
3689   | ``Function::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3690   | ``begin()``, ``end()``, ``size()``, ``empty()``
3691
3692   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3693   ``Function`` object's BasicBlock_ list.
3694
3695 * ``Function::BasicBlockListType &getBasicBlockList()``
3696
3697   Returns the list of BasicBlock_\ s.  This is necessary to use when you need to
3698   update the list or perform a complex action that doesn't have a forwarding
3699   method.
3700
3701 * | ``Function::arg_iterator`` - Typedef for the argument list iterator
3702   | ``Function::const_arg_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3703   | ``arg_begin()``, ``arg_end()``, ``arg_size()``, ``arg_empty()``
3704
3705   These are forwarding methods that make it easy to access the contents of a
3706   ``Function`` object's Argument_ list.
3707
3708 * ``Function::ArgumentListType &getArgumentList()``
3709
3710   Returns the list of Argument_.  This is necessary to use when you need to
3711   update the list or perform a complex action that doesn't have a forwarding
3712   method.
3713
3714 * ``BasicBlock &getEntryBlock()``
3715
3716   Returns the entry ``BasicBlock`` for the function.  Because the entry block
3717   for the function is always the first block, this returns the first block of
3718   the ``Function``.
3719
3720 * | ``Type *getReturnType()``
3721   | ``FunctionType *getFunctionType()``
3722
3723   This traverses the Type_ of the ``Function`` and returns the return type of
3724   the function, or the FunctionType_ of the actual function.
3725
3726 * ``SymbolTable *getSymbolTable()``
3727
3728   Return a pointer to the SymbolTable_ for this ``Function``.
3729
3730 .. _GlobalVariable:
3731
3732 The ``GlobalVariable`` class
3733 ----------------------------
3734
3735 ``#include "llvm/IR/GlobalVariable.h"``
3736
3737 header source: `GlobalVariable.h
3738 <http://llvm.org/doxygen/GlobalVariable_8h-source.html>`_
3739
3740 doxygen info: `GlobalVariable Class
3741 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1GlobalVariable.html>`_
3742
3743 Superclasses: GlobalValue_, Constant_, User_, Value_
3744
3745 Global variables are represented with the (surprise surprise) ``GlobalVariable``
3746 class.  Like functions, ``GlobalVariable``\ s are also subclasses of
3747 GlobalValue_, and as such are always referenced by their address (global values
3748 must live in memory, so their "name" refers to their constant address).  See
3749 GlobalValue_ for more on this.  Global variables may have an initial value
3750 (which must be a Constant_), and if they have an initializer, they may be marked
3751 as "constant" themselves (indicating that their contents never change at
3752 runtime).
3753
3754 .. _m_GlobalVariable:
3755
3756 Important Public Members of the ``GlobalVariable`` class
3757 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3758
3759 * ``GlobalVariable(const Type *Ty, bool isConstant, LinkageTypes &Linkage,
3760   Constant *Initializer = 0, const std::string &Name = "", Module* Parent = 0)``
3761
3762   Create a new global variable of the specified type.  If ``isConstant`` is true
3763   then the global variable will be marked as unchanging for the program.  The
3764   Linkage parameter specifies the type of linkage (internal, external, weak,
3765   linkonce, appending) for the variable.  If the linkage is InternalLinkage,
3766   WeakAnyLinkage, WeakODRLinkage, LinkOnceAnyLinkage or LinkOnceODRLinkage, then
3767   the resultant global variable will have internal linkage.  AppendingLinkage
3768   concatenates together all instances (in different translation units) of the
3769   variable into a single variable but is only applicable to arrays.  See the
3770   `LLVM Language Reference <LangRef.html#modulestructure>`_ for further details
3771   on linkage types.  Optionally an initializer, a name, and the module to put
3772   the variable into may be specified for the global variable as well.
3773
3774 * ``bool isConstant() const``
3775
3776   Returns true if this is a global variable that is known not to be modified at
3777   runtime.
3778
3779 * ``bool hasInitializer()``
3780
3781   Returns true if this ``GlobalVariable`` has an intializer.
3782
3783 * ``Constant *getInitializer()``
3784
3785   Returns the initial value for a ``GlobalVariable``.  It is not legal to call
3786   this method if there is no initializer.
3787
3788 .. _BasicBlock:
3789
3790 The ``BasicBlock`` class
3791 ------------------------
3792
3793 ``#include "llvm/IR/BasicBlock.h"``
3794
3795 header source: `BasicBlock.h
3796 <http://llvm.org/doxygen/BasicBlock_8h-source.html>`_
3797
3798 doxygen info: `BasicBlock Class
3799 <http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1BasicBlock.html>`_
3800
3801 Superclass: Value_
3802
3803 This class represents a single entry single exit section of the code, commonly
3804 known as a basic block by the compiler community.  The ``BasicBlock`` class
3805 maintains a list of Instruction_\ s, which form the body of the block.  Matching
3806 the language definition, the last element of this list of instructions is always
3807 a terminator instruction (a subclass of the TerminatorInst_ class).
3808
3809 In addition to tracking the list of instructions that make up the block, the
3810 ``BasicBlock`` class also keeps track of the :ref:`Function <c_Function>` that
3811 it is embedded into.
3812
3813 Note that ``BasicBlock``\ s themselves are Value_\ s, because they are
3814 referenced by instructions like branches and can go in the switch tables.
3815 ``BasicBlock``\ s have type ``label``.
3816
3817 .. _m_BasicBlock:
3818
3819 Important Public Members of the ``BasicBlock`` class
3820 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
3821
3822 * ``BasicBlock(const std::string &Name = "", Function *Parent = 0)``
3823
3824   The ``BasicBlock`` constructor is used to create new basic blocks for
3825   insertion into a function.  The constructor optionally takes a name for the
3826   new block, and a :ref:`Function <c_Function>` to insert it into.  If the
3827   ``Parent`` parameter is specified, the new ``BasicBlock`` is automatically
3828   inserted at the end of the specified :ref:`Function <c_Function>`, if not
3829   specified, the BasicBlock must be manually inserted into the :ref:`Function
3830   <c_Function>`.
3831
3832 * | ``BasicBlock::iterator`` - Typedef for instruction list iterator
3833   | ``BasicBlock::const_iterator`` - Typedef for const_iterator.
3834   | ``begin()``, ``end()``, ``front()``, ``back()``,
3835     ``size()``, ``empty()``
3836     STL-style functions for accessing the instruction list.
3837
3838   These methods and typedefs are forwarding functions that have the same
3839   semantics as the standard library methods of the same names.  These methods
3840   expose the underlying instruction list of a basic block in a way that is easy
3841   to manipulate.  To get the full complement of container operations (including
3842   operations to update the list), you must use the ``getInstList()`` method.
3843
3844 * ``BasicBlock::InstListType &getInstList()``
3845
3846   This method is used to get access to the underlying container that actually
3847   holds the Instructions.  This method must be used when there isn't a
3848   forwarding function in the ``BasicBlock`` class for the operation that you
3849   would like to perform.  Because there are no forwarding functions for
3850   "updating" operations, you need to use this if you want to update the contents
3851   of a ``BasicBlock``.
3852
3853 * ``Function *getParent()``
3854
3855   Returns a pointer to :ref:`Function <c_Function>` the block is embedded into,
3856   or a null pointer if it is homeless.
3857
3858 * ``TerminatorInst *getTerminator()``
3859
3860   Returns a pointer to the terminator instruction that appears at the end of the
3861   ``BasicBlock``.  If there is no terminator instruction, or if the last
3862   instruction in the block is not a terminator, then a null pointer is returned.
3863
3864 .. _Argument:
3865
3866 The ``Argument`` class
3867 ----------------------
3868
3869 This subclass of Value defines the interface for incoming formal arguments to a
3870 function.  A Function maintains a list of its formal arguments.  An argument has
3871 a pointer to the parent Function.
3872
3873