[Thumb] Teach ISel how to lower compares of AND bitmasks efficiently
[llvm-core.git] / docs / BitCodeFormat.rst
blob89c7c1b435bdee453b6895b6e076af6da8ce0a39
1 .. role:: raw-html(raw)
2    :format: html
4 ========================
5 LLVM Bitcode File Format
6 ========================
8 .. contents::
9    :local:
11 Abstract
12 ========
14 This document describes the LLVM bitstream file format and the encoding of the
15 LLVM IR into it.
17 Overview
18 ========
20 What is commonly known as the LLVM bitcode file format (also, sometimes
21 anachronistically known as bytecode) is actually two things: a `bitstream
22 container format`_ and an `encoding of LLVM IR`_ into the container format.
24 The bitstream format is an abstract encoding of structured data, very similar to
25 XML in some ways.  Like XML, bitstream files contain tags, and nested
26 structures, and you can parse the file without having to understand the tags.
27 Unlike XML, the bitstream format is a binary encoding, and unlike XML it
28 provides a mechanism for the file to self-describe "abbreviations", which are
29 effectively size optimizations for the content.
31 LLVM IR files may be optionally embedded into a `wrapper`_ structure, or in a
32 `native object file`_. Both of these mechanisms make it easy to embed extra
33 data along with LLVM IR files.
35 This document first describes the LLVM bitstream format, describes the wrapper
36 format, then describes the record structure used by LLVM IR files.
38 .. _bitstream container format:
40 Bitstream Format
41 ================
43 The bitstream format is literally a stream of bits, with a very simple
44 structure.  This structure consists of the following concepts:
46 * A "`magic number`_" that identifies the contents of the stream.
48 * Encoding `primitives`_ like variable bit-rate integers.
50 * `Blocks`_, which define nested content.
52 * `Data Records`_, which describe entities within the file.
54 * Abbreviations, which specify compression optimizations for the file.
56 Note that the :doc:`llvm-bcanalyzer <CommandGuide/llvm-bcanalyzer>` tool can be
57 used to dump and inspect arbitrary bitstreams, which is very useful for
58 understanding the encoding.
60 .. _magic number:
62 Magic Numbers
63 -------------
65 The first two bytes of a bitcode file are 'BC' (``0x42``, ``0x43``).  The second
66 two bytes are an application-specific magic number.  Generic bitcode tools can
67 look at only the first two bytes to verify the file is bitcode, while
68 application-specific programs will want to look at all four.
70 .. _primitives:
72 Primitives
73 ----------
75 A bitstream literally consists of a stream of bits, which are read in order
76 starting with the least significant bit of each byte.  The stream is made up of
77 a number of primitive values that encode a stream of unsigned integer values.
78 These integers are encoded in two ways: either as `Fixed Width Integers`_ or as
79 `Variable Width Integers`_.
81 .. _Fixed Width Integers:
82 .. _fixed-width value:
84 Fixed Width Integers
85 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
87 Fixed-width integer values have their low bits emitted directly to the file.
88 For example, a 3-bit integer value encodes 1 as 001.  Fixed width integers are
89 used when there are a well-known number of options for a field.  For example,
90 boolean values are usually encoded with a 1-bit wide integer.
92 .. _Variable Width Integers:
93 .. _Variable Width Integer:
94 .. _variable-width value:
96 Variable Width Integers
97 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
99 Variable-width integer (VBR) values encode values of arbitrary size, optimizing
100 for the case where the values are small.  Given a 4-bit VBR field, any 3-bit
101 value (0 through 7) is encoded directly, with the high bit set to zero.  Values
102 larger than N-1 bits emit their bits in a series of N-1 bit chunks, where all
103 but the last set the high bit.
105 For example, the value 27 (0x1B) is encoded as 1011 0011 when emitted as a vbr4
106 value.  The first set of four bits indicates the value 3 (011) with a
107 continuation piece (indicated by a high bit of 1).  The next word indicates a
108 value of 24 (011 << 3) with no continuation.  The sum (3+24) yields the value
111 .. _char6-encoded value:
113 6-bit characters
114 ^^^^^^^^^^^^^^^^
116 6-bit characters encode common characters into a fixed 6-bit field.  They
117 represent the following characters with the following 6-bit values:
121   'a' .. 'z' ---  0 .. 25
122   'A' .. 'Z' --- 26 .. 51
123   '0' .. '9' --- 52 .. 61
124          '.' --- 62
125          '_' --- 63
127 This encoding is only suitable for encoding characters and strings that consist
128 only of the above characters.  It is completely incapable of encoding characters
129 not in the set.
131 Word Alignment
132 ^^^^^^^^^^^^^^
134 Occasionally, it is useful to emit zero bits until the bitstream is a multiple
135 of 32 bits.  This ensures that the bit position in the stream can be represented
136 as a multiple of 32-bit words.
138 Abbreviation IDs
139 ----------------
141 A bitstream is a sequential series of `Blocks`_ and `Data Records`_.  Both of
142 these start with an abbreviation ID encoded as a fixed-bitwidth field.  The
143 width is specified by the current block, as described below.  The value of the
144 abbreviation ID specifies either a builtin ID (which have special meanings,
145 defined below) or one of the abbreviation IDs defined for the current block by
146 the stream itself.
148 The set of builtin abbrev IDs is:
150 * 0 - `END_BLOCK`_ --- This abbrev ID marks the end of the current block.
152 * 1 - `ENTER_SUBBLOCK`_ --- This abbrev ID marks the beginning of a new
153   block.
155 * 2 - `DEFINE_ABBREV`_ --- This defines a new abbreviation.
157 * 3 - `UNABBREV_RECORD`_ --- This ID specifies the definition of an
158   unabbreviated record.
160 Abbreviation IDs 4 and above are defined by the stream itself, and specify an
161 `abbreviated record encoding`_.
163 .. _Blocks:
165 Blocks
166 ------
168 Blocks in a bitstream denote nested regions of the stream, and are identified by
169 a content-specific id number (for example, LLVM IR uses an ID of 12 to represent
170 function bodies).  Block IDs 0-7 are reserved for `standard blocks`_ whose
171 meaning is defined by Bitcode; block IDs 8 and greater are application
172 specific. Nested blocks capture the hierarchical structure of the data encoded
173 in it, and various properties are associated with blocks as the file is parsed.
174 Block definitions allow the reader to efficiently skip blocks in constant time
175 if the reader wants a summary of blocks, or if it wants to efficiently skip data
176 it does not understand.  The LLVM IR reader uses this mechanism to skip function
177 bodies, lazily reading them on demand.
179 When reading and encoding the stream, several properties are maintained for the
180 block.  In particular, each block maintains:
182 #. A current abbrev id width.  This value starts at 2 at the beginning of the
183    stream, and is set every time a block record is entered.  The block entry
184    specifies the abbrev id width for the body of the block.
186 #. A set of abbreviations.  Abbreviations may be defined within a block, in
187    which case they are only defined in that block (neither subblocks nor
188    enclosing blocks see the abbreviation).  Abbreviations can also be defined
189    inside a `BLOCKINFO`_ block, in which case they are defined in all blocks
190    that match the ID that the ``BLOCKINFO`` block is describing.
192 As sub blocks are entered, these properties are saved and the new sub-block has
193 its own set of abbreviations, and its own abbrev id width.  When a sub-block is
194 popped, the saved values are restored.
196 .. _ENTER_SUBBLOCK:
198 ENTER_SUBBLOCK Encoding
199 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
201 :raw-html:`<tt>`
202 [ENTER_SUBBLOCK, blockid\ :sub:`vbr8`, newabbrevlen\ :sub:`vbr4`, <align32bits>, blocklen_32]
203 :raw-html:`</tt>`
205 The ``ENTER_SUBBLOCK`` abbreviation ID specifies the start of a new block
206 record.  The ``blockid`` value is encoded as an 8-bit VBR identifier, and
207 indicates the type of block being entered, which can be a `standard block`_ or
208 an application-specific block.  The ``newabbrevlen`` value is a 4-bit VBR, which
209 specifies the abbrev id width for the sub-block.  The ``blocklen`` value is a
210 32-bit aligned value that specifies the size of the subblock in 32-bit
211 words. This value allows the reader to skip over the entire block in one jump.
213 .. _END_BLOCK:
215 END_BLOCK Encoding
216 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^
218 ``[END_BLOCK, <align32bits>]``
220 The ``END_BLOCK`` abbreviation ID specifies the end of the current block record.
221 Its end is aligned to 32-bits to ensure that the size of the block is an even
222 multiple of 32-bits.
224 .. _Data Records:
226 Data Records
227 ------------
229 Data records consist of a record code and a number of (up to) 64-bit integer
230 values.  The interpretation of the code and values is application specific and
231 may vary between different block types.  Records can be encoded either using an
232 unabbrev record, or with an abbreviation.  In the LLVM IR format, for example,
233 there is a record which encodes the target triple of a module.  The code is
234 ``MODULE_CODE_TRIPLE``, and the values of the record are the ASCII codes for the
235 characters in the string.
237 .. _UNABBREV_RECORD:
239 UNABBREV_RECORD Encoding
240 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
242 :raw-html:`<tt>`
243 [UNABBREV_RECORD, code\ :sub:`vbr6`, numops\ :sub:`vbr6`, op0\ :sub:`vbr6`, op1\ :sub:`vbr6`, ...]
244 :raw-html:`</tt>`
246 An ``UNABBREV_RECORD`` provides a default fallback encoding, which is both
247 completely general and extremely inefficient.  It can describe an arbitrary
248 record by emitting the code and operands as VBRs.
250 For example, emitting an LLVM IR target triple as an unabbreviated record
251 requires emitting the ``UNABBREV_RECORD`` abbrevid, a vbr6 for the
252 ``MODULE_CODE_TRIPLE`` code, a vbr6 for the length of the string, which is equal
253 to the number of operands, and a vbr6 for each character.  Because there are no
254 letters with values less than 32, each letter would need to be emitted as at
255 least a two-part VBR, which means that each letter would require at least 12
256 bits.  This is not an efficient encoding, but it is fully general.
258 .. _abbreviated record encoding:
260 Abbreviated Record Encoding
261 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
263 ``[<abbrevid>, fields...]``
265 An abbreviated record is a abbreviation id followed by a set of fields that are
266 encoded according to the `abbreviation definition`_.  This allows records to be
267 encoded significantly more densely than records encoded with the
268 `UNABBREV_RECORD`_ type, and allows the abbreviation types to be specified in
269 the stream itself, which allows the files to be completely self describing.  The
270 actual encoding of abbreviations is defined below.
272 The record code, which is the first field of an abbreviated record, may be
273 encoded in the abbreviation definition (as a literal operand) or supplied in the
274 abbreviated record (as a Fixed or VBR operand value).
276 .. _abbreviation definition:
278 Abbreviations
279 -------------
281 Abbreviations are an important form of compression for bitstreams.  The idea is
282 to specify a dense encoding for a class of records once, then use that encoding
283 to emit many records.  It takes space to emit the encoding into the file, but
284 the space is recouped (hopefully plus some) when the records that use it are
285 emitted.
287 Abbreviations can be determined dynamically per client, per file. Because the
288 abbreviations are stored in the bitstream itself, different streams of the same
289 format can contain different sets of abbreviations according to the needs of the
290 specific stream.  As a concrete example, LLVM IR files usually emit an
291 abbreviation for binary operators.  If a specific LLVM module contained no or
292 few binary operators, the abbreviation does not need to be emitted.
294 .. _DEFINE_ABBREV:
296 DEFINE_ABBREV Encoding
297 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
299 :raw-html:`<tt>`
300 [DEFINE_ABBREV, numabbrevops\ :sub:`vbr5`, abbrevop0, abbrevop1, ...]
301 :raw-html:`</tt>`
303 A ``DEFINE_ABBREV`` record adds an abbreviation to the list of currently defined
304 abbreviations in the scope of this block.  This definition only exists inside
305 this immediate block --- it is not visible in subblocks or enclosing blocks.
306 Abbreviations are implicitly assigned IDs sequentially starting from 4 (the
307 first application-defined abbreviation ID).  Any abbreviations defined in a
308 ``BLOCKINFO`` record for the particular block type receive IDs first, in order,
309 followed by any abbreviations defined within the block itself.  Abbreviated data
310 records reference this ID to indicate what abbreviation they are invoking.
312 An abbreviation definition consists of the ``DEFINE_ABBREV`` abbrevid followed
313 by a VBR that specifies the number of abbrev operands, then the abbrev operands
314 themselves.  Abbreviation operands come in three forms.  They all start with a
315 single bit that indicates whether the abbrev operand is a literal operand (when
316 the bit is 1) or an encoding operand (when the bit is 0).
318 #. Literal operands --- :raw-html:`<tt>` [1\ :sub:`1`, litvalue\
319    :sub:`vbr8`] :raw-html:`</tt>` --- Literal operands specify that the value in
320    the result is always a single specific value.  This specific value is emitted
321    as a vbr8 after the bit indicating that it is a literal operand.
323 #. Encoding info without data --- :raw-html:`<tt>` [0\ :sub:`1`, encoding\
324    :sub:`3`] :raw-html:`</tt>` --- Operand encodings that do not have extra data
325    are just emitted as their code.
327 #. Encoding info with data --- :raw-html:`<tt>` [0\ :sub:`1`, encoding\
328    :sub:`3`, value\ :sub:`vbr5`] :raw-html:`</tt>` --- Operand encodings that do
329    have extra data are emitted as their code, followed by the extra data.
331 The possible operand encodings are:
333 * Fixed (code 1): The field should be emitted as a `fixed-width value`_, whose
334   width is specified by the operand's extra data.
336 * VBR (code 2): The field should be emitted as a `variable-width value`_, whose
337   width is specified by the operand's extra data.
339 * Array (code 3): This field is an array of values.  The array operand has no
340   extra data, but expects another operand to follow it, indicating the element
341   type of the array.  When reading an array in an abbreviated record, the first
342   integer is a vbr6 that indicates the array length, followed by the encoded
343   elements of the array.  An array may only occur as the last operand of an
344   abbreviation (except for the one final operand that gives the array's
345   type).
347 * Char6 (code 4): This field should be emitted as a `char6-encoded value`_.
348   This operand type takes no extra data. Char6 encoding is normally used as an
349   array element type.
351 * Blob (code 5): This field is emitted as a vbr6, followed by padding to a
352   32-bit boundary (for alignment) and an array of 8-bit objects.  The array of
353   bytes is further followed by tail padding to ensure that its total length is a
354   multiple of 4 bytes.  This makes it very efficient for the reader to decode
355   the data without having to make a copy of it: it can use a pointer to the data
356   in the mapped in file and poke directly at it.  A blob may only occur as the
357   last operand of an abbreviation.
359 For example, target triples in LLVM modules are encoded as a record of the form
360 ``[TRIPLE, 'a', 'b', 'c', 'd']``.  Consider if the bitstream emitted the
361 following abbrev entry:
365   [0, Fixed, 4]
366   [0, Array]
367   [0, Char6]
369 When emitting a record with this abbreviation, the above entry would be emitted
372 :raw-html:`<tt><blockquote>`
373 [4\ :sub:`abbrevwidth`, 2\ :sub:`4`, 4\ :sub:`vbr6`, 0\ :sub:`6`, 1\ :sub:`6`, 2\ :sub:`6`, 3\ :sub:`6`]
374 :raw-html:`</blockquote></tt>`
376 These values are:
378 #. The first value, 4, is the abbreviation ID for this abbreviation.
380 #. The second value, 2, is the record code for ``TRIPLE`` records within LLVM IR
381    file ``MODULE_BLOCK`` blocks.
383 #. The third value, 4, is the length of the array.
385 #. The rest of the values are the char6 encoded values for ``"abcd"``.
387 With this abbreviation, the triple is emitted with only 37 bits (assuming a
388 abbrev id width of 3).  Without the abbreviation, significantly more space would
389 be required to emit the target triple.  Also, because the ``TRIPLE`` value is
390 not emitted as a literal in the abbreviation, the abbreviation can also be used
391 for any other string value.
393 .. _standard blocks:
394 .. _standard block:
396 Standard Blocks
397 ---------------
399 In addition to the basic block structure and record encodings, the bitstream
400 also defines specific built-in block types.  These block types specify how the
401 stream is to be decoded or other metadata.  In the future, new standard blocks
402 may be added.  Block IDs 0-7 are reserved for standard blocks.
404 .. _BLOCKINFO:
406 #0 - BLOCKINFO Block
407 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
409 The ``BLOCKINFO`` block allows the description of metadata for other blocks.
410 The currently specified records are:
414   [SETBID (#1), blockid]
415   [DEFINE_ABBREV, ...]
416   [BLOCKNAME, ...name...]
417   [SETRECORDNAME, RecordID, ...name...]
419 The ``SETBID`` record (code 1) indicates which block ID is being described.
420 ``SETBID`` records can occur multiple times throughout the block to change which
421 block ID is being described.  There must be a ``SETBID`` record prior to any
422 other records.
424 Standard ``DEFINE_ABBREV`` records can occur inside ``BLOCKINFO`` blocks, but
425 unlike their occurrence in normal blocks, the abbreviation is defined for blocks
426 matching the block ID we are describing, *not* the ``BLOCKINFO`` block
427 itself.  The abbreviations defined in ``BLOCKINFO`` blocks receive abbreviation
428 IDs as described in `DEFINE_ABBREV`_.
430 The ``BLOCKNAME`` record (code 2) can optionally occur in this block.  The
431 elements of the record are the bytes of the string name of the block.
432 llvm-bcanalyzer can use this to dump out bitcode files symbolically.
434 The ``SETRECORDNAME`` record (code 3) can also optionally occur in this block.
435 The first operand value is a record ID number, and the rest of the elements of
436 the record are the bytes for the string name of the record.  llvm-bcanalyzer can
437 use this to dump out bitcode files symbolically.
439 Note that although the data in ``BLOCKINFO`` blocks is described as "metadata,"
440 the abbreviations they contain are essential for parsing records from the
441 corresponding blocks.  It is not safe to skip them.
443 .. _wrapper:
445 Bitcode Wrapper Format
446 ======================
448 Bitcode files for LLVM IR may optionally be wrapped in a simple wrapper
449 structure.  This structure contains a simple header that indicates the offset
450 and size of the embedded BC file.  This allows additional information to be
451 stored alongside the BC file.  The structure of this file header is:
453 :raw-html:`<tt><blockquote>`
454 [Magic\ :sub:`32`, Version\ :sub:`32`, Offset\ :sub:`32`, Size\ :sub:`32`, CPUType\ :sub:`32`]
455 :raw-html:`</blockquote></tt>`
457 Each of the fields are 32-bit fields stored in little endian form (as with the
458 rest of the bitcode file fields).  The Magic number is always ``0x0B17C0DE`` and
459 the version is currently always ``0``.  The Offset field is the offset in bytes
460 to the start of the bitcode stream in the file, and the Size field is the size
461 in bytes of the stream. CPUType is a target-specific value that can be used to
462 encode the CPU of the target.
464 .. _native object file:
466 Native Object File Wrapper Format
467 =================================
469 Bitcode files for LLVM IR may also be wrapped in a native object file
470 (i.e. ELF, COFF, Mach-O).  The bitcode must be stored in a section of the object
471 file named ``__LLVM,__bitcode`` for MachO and ``.llvmbc`` for the other object
472 formats.  This wrapper format is useful for accommodating LTO in compilation
473 pipelines where intermediate objects must be native object files which contain
474 metadata in other sections.
476 Not all tools support this format.
478 .. _encoding of LLVM IR:
480 LLVM IR Encoding
481 ================
483 LLVM IR is encoded into a bitstream by defining blocks and records.  It uses
484 blocks for things like constant pools, functions, symbol tables, etc.  It uses
485 records for things like instructions, global variable descriptors, type
486 descriptions, etc.  This document does not describe the set of abbreviations
487 that the writer uses, as these are fully self-described in the file, and the
488 reader is not allowed to build in any knowledge of this.
490 Basics
491 ------
493 LLVM IR Magic Number
494 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
496 The magic number for LLVM IR files is:
498 :raw-html:`<tt><blockquote>`
499 [0x0\ :sub:`4`, 0xC\ :sub:`4`, 0xE\ :sub:`4`, 0xD\ :sub:`4`]
500 :raw-html:`</blockquote></tt>`
502 When combined with the bitcode magic number and viewed as bytes, this is
503 ``"BC 0xC0DE"``.
505 .. _Signed VBRs:
507 Signed VBRs
508 ^^^^^^^^^^^
510 `Variable Width Integer`_ encoding is an efficient way to encode arbitrary sized
511 unsigned values, but is an extremely inefficient for encoding signed values, as
512 signed values are otherwise treated as maximally large unsigned values.
514 As such, signed VBR values of a specific width are emitted as follows:
516 * Positive values are emitted as VBRs of the specified width, but with their
517   value shifted left by one.
519 * Negative values are emitted as VBRs of the specified width, but the negated
520   value is shifted left by one, and the low bit is set.
522 With this encoding, small positive and small negative values can both be emitted
523 efficiently. Signed VBR encoding is used in ``CST_CODE_INTEGER`` and
524 ``CST_CODE_WIDE_INTEGER`` records within ``CONSTANTS_BLOCK`` blocks.
525 It is also used for phi instruction operands in `MODULE_CODE_VERSION`_ 1.
527 LLVM IR Blocks
528 ^^^^^^^^^^^^^^
530 LLVM IR is defined with the following blocks:
532 * 8 --- `MODULE_BLOCK`_ --- This is the top-level block that contains the entire
533   module, and describes a variety of per-module information.
535 * 9 --- `PARAMATTR_BLOCK`_ --- This enumerates the parameter attributes.
537 * 10 --- `TYPE_BLOCK`_ --- This describes all of the types in the module.
539 * 11 --- `CONSTANTS_BLOCK`_ --- This describes constants for a module or
540   function.
542 * 12 --- `FUNCTION_BLOCK`_ --- This describes a function body.
544 * 13 --- `TYPE_SYMTAB_BLOCK`_ --- This describes the type symbol table.
546 * 14 --- `VALUE_SYMTAB_BLOCK`_ --- This describes a value symbol table.
548 * 15 --- `METADATA_BLOCK`_ --- This describes metadata items.
550 * 16 --- `METADATA_ATTACHMENT`_ --- This contains records associating metadata
551   with function instruction values.
553 .. _MODULE_BLOCK:
555 MODULE_BLOCK Contents
556 ---------------------
558 The ``MODULE_BLOCK`` block (id 8) is the top-level block for LLVM bitcode files,
559 and each bitcode file must contain exactly one. In addition to records
560 (described below) containing information about the module, a ``MODULE_BLOCK``
561 block may contain the following sub-blocks:
563 * `BLOCKINFO`_
564 * `PARAMATTR_BLOCK`_
565 * `TYPE_BLOCK`_
566 * `TYPE_SYMTAB_BLOCK`_
567 * `VALUE_SYMTAB_BLOCK`_
568 * `CONSTANTS_BLOCK`_
569 * `FUNCTION_BLOCK`_
570 * `METADATA_BLOCK`_
572 .. _MODULE_CODE_VERSION:
574 MODULE_CODE_VERSION Record
575 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
577 ``[VERSION, version#]``
579 The ``VERSION`` record (code 1) contains a single value indicating the format
580 version. Versions 0 and 1 are supported at this time. The difference between
581 version 0 and 1 is in the encoding of instruction operands in
582 each `FUNCTION_BLOCK`_.
584 In version 0, each value defined by an instruction is assigned an ID
585 unique to the function. Function-level value IDs are assigned starting from
586 ``NumModuleValues`` since they share the same namespace as module-level
587 values. The value enumerator resets after each function. When a value is
588 an operand of an instruction, the value ID is used to represent the operand.
589 For large functions or large modules, these operand values can be large.
591 The encoding in version 1 attempts to avoid large operand values
592 in common cases. Instead of using the value ID directly, operands are
593 encoded as relative to the current instruction. Thus, if an operand
594 is the value defined by the previous instruction, the operand
595 will be encoded as 1.
597 For example, instead of
599 .. code-block:: none
601   #n = load #n-1
602   #n+1 = icmp eq #n, #const0
603   br #n+1, label #(bb1), label #(bb2)
605 version 1 will encode the instructions as
607 .. code-block:: none
609   #n = load #1
610   #n+1 = icmp eq #1, (#n+1)-#const0
611   br #1, label #(bb1), label #(bb2)
613 Note in the example that operands which are constants also use
614 the relative encoding, while operands like basic block labels
615 do not use the relative encoding.
617 Forward references will result in a negative value.
618 This can be inefficient, as operands are normally encoded
619 as unsigned VBRs. However, forward references are rare, except in the
620 case of phi instructions. For phi instructions, operands are encoded as
621 `Signed VBRs`_ to deal with forward references.
624 MODULE_CODE_TRIPLE Record
625 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
627 ``[TRIPLE, ...string...]``
629 The ``TRIPLE`` record (code 2) contains a variable number of values representing
630 the bytes of the ``target triple`` specification string.
632 MODULE_CODE_DATALAYOUT Record
633 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
635 ``[DATALAYOUT, ...string...]``
637 The ``DATALAYOUT`` record (code 3) contains a variable number of values
638 representing the bytes of the ``target datalayout`` specification string.
640 MODULE_CODE_ASM Record
641 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
643 ``[ASM, ...string...]``
645 The ``ASM`` record (code 4) contains a variable number of values representing
646 the bytes of ``module asm`` strings, with individual assembly blocks separated
647 by newline (ASCII 10) characters.
649 .. _MODULE_CODE_SECTIONNAME:
651 MODULE_CODE_SECTIONNAME Record
652 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
654 ``[SECTIONNAME, ...string...]``
656 The ``SECTIONNAME`` record (code 5) contains a variable number of values
657 representing the bytes of a single section name string. There should be one
658 ``SECTIONNAME`` record for each section name referenced (e.g., in global
659 variable or function ``section`` attributes) within the module. These records
660 can be referenced by the 1-based index in the *section* fields of ``GLOBALVAR``
661 or ``FUNCTION`` records.
663 MODULE_CODE_DEPLIB Record
664 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
666 ``[DEPLIB, ...string...]``
668 The ``DEPLIB`` record (code 6) contains a variable number of values representing
669 the bytes of a single dependent library name string, one of the libraries
670 mentioned in a ``deplibs`` declaration.  There should be one ``DEPLIB`` record
671 for each library name referenced.
673 MODULE_CODE_GLOBALVAR Record
674 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
676 ``[GLOBALVAR, pointer type, isconst, initid, linkage, alignment, section, visibility, threadlocal, unnamed_addr, externally_initialized, dllstorageclass, comdat]``
678 The ``GLOBALVAR`` record (code 7) marks the declaration or definition of a
679 global variable. The operand fields are:
681 * *pointer type*: The type index of the pointer type used to point to this
682   global variable
684 * *isconst*: Non-zero if the variable is treated as constant within the module,
685   or zero if it is not
687 * *initid*: If non-zero, the value index of the initializer for this variable,
688   plus 1.
690 .. _linkage type:
692 * *linkage*: An encoding of the linkage type for this variable:
694   * ``external``: code 0
695   * ``weak``: code 1
696   * ``appending``: code 2
697   * ``internal``: code 3
698   * ``linkonce``: code 4
699   * ``dllimport``: code 5
700   * ``dllexport``: code 6
701   * ``extern_weak``: code 7
702   * ``common``: code 8
703   * ``private``: code 9
704   * ``weak_odr``: code 10
705   * ``linkonce_odr``: code 11
706   * ``available_externally``: code 12
707   * deprecated : code 13
708   * deprecated : code 14
710 * alignment*: The logarithm base 2 of the variable's requested alignment, plus 1
712 * *section*: If non-zero, the 1-based section index in the table of
713   `MODULE_CODE_SECTIONNAME`_ entries.
715 .. _visibility:
717 * *visibility*: If present, an encoding of the visibility of this variable:
719   * ``default``: code 0
720   * ``hidden``: code 1
721   * ``protected``: code 2
723 .. _bcthreadlocal:
725 * *threadlocal*: If present, an encoding of the thread local storage mode of the
726   variable:
728   * ``not thread local``: code 0
729   * ``thread local; default TLS model``: code 1
730   * ``localdynamic``: code 2
731   * ``initialexec``: code 3
732   * ``localexec``: code 4
734 .. _bcunnamedaddr:
736 * *unnamed_addr*: If present, an encoding of the ``unnamed_addr`` attribute of this
737   variable:
739   * not ``unnamed_addr``: code 0
740   * ``unnamed_addr``: code 1
741   * ``local_unnamed_addr``: code 2
743 .. _bcdllstorageclass:
745 * *dllstorageclass*: If present, an encoding of the DLL storage class of this variable:
747   * ``default``: code 0
748   * ``dllimport``: code 1
749   * ``dllexport``: code 2
751 * *comdat*: An encoding of the COMDAT of this function
753 .. _FUNCTION:
755 MODULE_CODE_FUNCTION Record
756 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
758 ``[FUNCTION, type, callingconv, isproto, linkage, paramattr, alignment, section, visibility, gc, prologuedata, dllstorageclass, comdat, prefixdata, personalityfn]``
760 The ``FUNCTION`` record (code 8) marks the declaration or definition of a
761 function. The operand fields are:
763 * *type*: The type index of the function type describing this function
765 * *callingconv*: The calling convention number:
766   * ``ccc``: code 0
767   * ``fastcc``: code 8
768   * ``coldcc``: code 9
769   * ``webkit_jscc``: code 12
770   * ``anyregcc``: code 13
771   * ``preserve_mostcc``: code 14
772   * ``preserve_allcc``: code 15
773   * ``swiftcc`` : code 16
774   * ``cxx_fast_tlscc``: code 17
775   * ``x86_stdcallcc``: code 64
776   * ``x86_fastcallcc``: code 65
777   * ``arm_apcscc``: code 66
778   * ``arm_aapcscc``: code 67
779   * ``arm_aapcs_vfpcc``: code 68
781 * isproto*: Non-zero if this entry represents a declaration rather than a
782   definition
784 * *linkage*: An encoding of the `linkage type`_ for this function
786 * *paramattr*: If nonzero, the 1-based parameter attribute index into the table
787   of `PARAMATTR_CODE_ENTRY`_ entries.
789 * *alignment*: The logarithm base 2 of the function's requested alignment, plus
790   1
792 * *section*: If non-zero, the 1-based section index in the table of
793   `MODULE_CODE_SECTIONNAME`_ entries.
795 * *visibility*: An encoding of the `visibility`_ of this function
797 * *gc*: If present and nonzero, the 1-based garbage collector index in the table
798   of `MODULE_CODE_GCNAME`_ entries.
800 * *unnamed_addr*: If present, an encoding of the
801   :ref:`unnamed_addr<bcunnamedaddr>` attribute of this function
803 * *prologuedata*: If non-zero, the value index of the prologue data for this function,
804   plus 1.
806 * *dllstorageclass*: An encoding of the
807   :ref:`dllstorageclass<bcdllstorageclass>` of this function
809 * *comdat*: An encoding of the COMDAT of this function
811 * *prefixdata*: If non-zero, the value index of the prefix data for this function,
812   plus 1.
814 * *personalityfn*: If non-zero, the value index of the personality function for this function,
815   plus 1.
817 MODULE_CODE_ALIAS Record
818 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
820 ``[ALIAS, alias type, aliasee val#, linkage, visibility, dllstorageclass, threadlocal, unnamed_addr]``
822 The ``ALIAS`` record (code 9) marks the definition of an alias. The operand
823 fields are
825 * *alias type*: The type index of the alias
827 * *aliasee val#*: The value index of the aliased value
829 * *linkage*: An encoding of the `linkage type`_ for this alias
831 * *visibility*: If present, an encoding of the `visibility`_ of the alias
833 * *dllstorageclass*: If present, an encoding of the
834   :ref:`dllstorageclass<bcdllstorageclass>` of the alias
836 * *threadlocal*: If present, an encoding of the
837   :ref:`thread local property<bcthreadlocal>` of the alias
839 * *unnamed_addr*: If present, an encoding of the
840   :ref:`unnamed_addr<bcunnamedaddr>` attribute of this alias
842 MODULE_CODE_PURGEVALS Record
843 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
845 ``[PURGEVALS, numvals]``
847 The ``PURGEVALS`` record (code 10) resets the module-level value list to the
848 size given by the single operand value. Module-level value list items are added
849 by ``GLOBALVAR``, ``FUNCTION``, and ``ALIAS`` records.  After a ``PURGEVALS``
850 record is seen, new value indices will start from the given *numvals* value.
852 .. _MODULE_CODE_GCNAME:
854 MODULE_CODE_GCNAME Record
855 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
857 ``[GCNAME, ...string...]``
859 The ``GCNAME`` record (code 11) contains a variable number of values
860 representing the bytes of a single garbage collector name string. There should
861 be one ``GCNAME`` record for each garbage collector name referenced in function
862 ``gc`` attributes within the module. These records can be referenced by 1-based
863 index in the *gc* fields of ``FUNCTION`` records.
865 .. _PARAMATTR_BLOCK:
867 PARAMATTR_BLOCK Contents
868 ------------------------
870 The ``PARAMATTR_BLOCK`` block (id 9) contains a table of entries describing the
871 attributes of function parameters. These entries are referenced by 1-based index
872 in the *paramattr* field of module block `FUNCTION`_ records, or within the
873 *attr* field of function block ``INST_INVOKE`` and ``INST_CALL`` records.
875 Entries within ``PARAMATTR_BLOCK`` are constructed to ensure that each is unique
876 (i.e., no two indices represent equivalent attribute lists).
878 .. _PARAMATTR_CODE_ENTRY:
880 PARAMATTR_CODE_ENTRY Record
881 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
883 ``[ENTRY, paramidx0, attr0, paramidx1, attr1...]``
885 The ``ENTRY`` record (code 1) contains an even number of values describing a
886 unique set of function parameter attributes. Each *paramidx* value indicates
887 which set of attributes is represented, with 0 representing the return value
888 attributes, 0xFFFFFFFF representing function attributes, and other values
889 representing 1-based function parameters. Each *attr* value is a bitmap with the
890 following interpretation:
892 * bit 0: ``zeroext``
893 * bit 1: ``signext``
894 * bit 2: ``noreturn``
895 * bit 3: ``inreg``
896 * bit 4: ``sret``
897 * bit 5: ``nounwind``
898 * bit 6: ``noalias``
899 * bit 7: ``byval``
900 * bit 8: ``nest``
901 * bit 9: ``readnone``
902 * bit 10: ``readonly``
903 * bit 11: ``noinline``
904 * bit 12: ``alwaysinline``
905 * bit 13: ``optsize``
906 * bit 14: ``ssp``
907 * bit 15: ``sspreq``
908 * bits 16-31: ``align n``
909 * bit 32: ``nocapture``
910 * bit 33: ``noredzone``
911 * bit 34: ``noimplicitfloat``
912 * bit 35: ``naked``
913 * bit 36: ``inlinehint``
914 * bits 37-39: ``alignstack n``, represented as the logarithm
915   base 2 of the requested alignment, plus 1
917 .. _TYPE_BLOCK:
919 TYPE_BLOCK Contents
920 -------------------
922 The ``TYPE_BLOCK`` block (id 10) contains records which constitute a table of
923 type operator entries used to represent types referenced within an LLVM
924 module. Each record (with the exception of `NUMENTRY`_) generates a single type
925 table entry, which may be referenced by 0-based index from instructions,
926 constants, metadata, type symbol table entries, or other type operator records.
928 Entries within ``TYPE_BLOCK`` are constructed to ensure that each entry is
929 unique (i.e., no two indices represent structurally equivalent types).
931 .. _TYPE_CODE_NUMENTRY:
932 .. _NUMENTRY:
934 TYPE_CODE_NUMENTRY Record
935 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
937 ``[NUMENTRY, numentries]``
939 The ``NUMENTRY`` record (code 1) contains a single value which indicates the
940 total number of type code entries in the type table of the module. If present,
941 ``NUMENTRY`` should be the first record in the block.
943 TYPE_CODE_VOID Record
944 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
946 ``[VOID]``
948 The ``VOID`` record (code 2) adds a ``void`` type to the type table.
950 TYPE_CODE_HALF Record
951 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
953 ``[HALF]``
955 The ``HALF`` record (code 10) adds a ``half`` (16-bit floating point) type to
956 the type table.
958 TYPE_CODE_FLOAT Record
959 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
961 ``[FLOAT]``
963 The ``FLOAT`` record (code 3) adds a ``float`` (32-bit floating point) type to
964 the type table.
966 TYPE_CODE_DOUBLE Record
967 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
969 ``[DOUBLE]``
971 The ``DOUBLE`` record (code 4) adds a ``double`` (64-bit floating point) type to
972 the type table.
974 TYPE_CODE_LABEL Record
975 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
977 ``[LABEL]``
979 The ``LABEL`` record (code 5) adds a ``label`` type to the type table.
981 TYPE_CODE_OPAQUE Record
982 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
984 ``[OPAQUE]``
986 The ``OPAQUE`` record (code 6) adds an ``opaque`` type to the type table. Note
987 that distinct ``opaque`` types are not unified.
989 TYPE_CODE_INTEGER Record
990 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
992 ``[INTEGER, width]``
994 The ``INTEGER`` record (code 7) adds an integer type to the type table. The
995 single *width* field indicates the width of the integer type.
997 TYPE_CODE_POINTER Record
998 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1000 ``[POINTER, pointee type, address space]``
1002 The ``POINTER`` record (code 8) adds a pointer type to the type table. The
1003 operand fields are
1005 * *pointee type*: The type index of the pointed-to type
1007 * *address space*: If supplied, the target-specific numbered address space where
1008   the pointed-to object resides. Otherwise, the default address space is zero.
1010 TYPE_CODE_FUNCTION Record
1011 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1013 ``[FUNCTION, vararg, ignored, retty, ...paramty... ]``
1015 The ``FUNCTION`` record (code 9) adds a function type to the type table. The
1016 operand fields are
1018 * *vararg*: Non-zero if the type represents a varargs function
1020 * *ignored*: This value field is present for backward compatibility only, and is
1021   ignored
1023 * *retty*: The type index of the function's return type
1025 * *paramty*: Zero or more type indices representing the parameter types of the
1026   function
1028 TYPE_CODE_STRUCT Record
1029 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1031 ``[STRUCT, ispacked, ...eltty...]``
1033 The ``STRUCT`` record (code 10) adds a struct type to the type table. The
1034 operand fields are
1036 * *ispacked*: Non-zero if the type represents a packed structure
1038 * *eltty*: Zero or more type indices representing the element types of the
1039   structure
1041 TYPE_CODE_ARRAY Record
1042 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1044 ``[ARRAY, numelts, eltty]``
1046 The ``ARRAY`` record (code 11) adds an array type to the type table.  The
1047 operand fields are
1049 * *numelts*: The number of elements in arrays of this type
1051 * *eltty*: The type index of the array element type
1053 TYPE_CODE_VECTOR Record
1054 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1056 ``[VECTOR, numelts, eltty]``
1058 The ``VECTOR`` record (code 12) adds a vector type to the type table.  The
1059 operand fields are
1061 * *numelts*: The number of elements in vectors of this type
1063 * *eltty*: The type index of the vector element type
1065 TYPE_CODE_X86_FP80 Record
1066 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1068 ``[X86_FP80]``
1070 The ``X86_FP80`` record (code 13) adds an ``x86_fp80`` (80-bit floating point)
1071 type to the type table.
1073 TYPE_CODE_FP128 Record
1074 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1076 ``[FP128]``
1078 The ``FP128`` record (code 14) adds an ``fp128`` (128-bit floating point) type
1079 to the type table.
1081 TYPE_CODE_PPC_FP128 Record
1082 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1084 ``[PPC_FP128]``
1086 The ``PPC_FP128`` record (code 15) adds a ``ppc_fp128`` (128-bit floating point)
1087 type to the type table.
1089 TYPE_CODE_METADATA Record
1090 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1092 ``[METADATA]``
1094 The ``METADATA`` record (code 16) adds a ``metadata`` type to the type table.
1096 .. _CONSTANTS_BLOCK:
1098 CONSTANTS_BLOCK Contents
1099 ------------------------
1101 The ``CONSTANTS_BLOCK`` block (id 11) ...
1103 .. _FUNCTION_BLOCK:
1105 FUNCTION_BLOCK Contents
1106 -----------------------
1108 The ``FUNCTION_BLOCK`` block (id 12) ...
1110 In addition to the record types described below, a ``FUNCTION_BLOCK`` block may
1111 contain the following sub-blocks:
1113 * `CONSTANTS_BLOCK`_
1114 * `VALUE_SYMTAB_BLOCK`_
1115 * `METADATA_ATTACHMENT`_
1117 .. _TYPE_SYMTAB_BLOCK:
1119 TYPE_SYMTAB_BLOCK Contents
1120 --------------------------
1122 The ``TYPE_SYMTAB_BLOCK`` block (id 13) contains entries which map between
1123 module-level named types and their corresponding type indices.
1125 .. _TST_CODE_ENTRY:
1127 TST_CODE_ENTRY Record
1128 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
1130 ``[ENTRY, typeid, ...string...]``
1132 The ``ENTRY`` record (code 1) contains a variable number of values, with the
1133 first giving the type index of the designated type, and the remaining values
1134 giving the character codes of the type name. Each entry corresponds to a single
1135 named type.
1137 .. _VALUE_SYMTAB_BLOCK:
1139 VALUE_SYMTAB_BLOCK Contents
1140 ---------------------------
1142 The ``VALUE_SYMTAB_BLOCK`` block (id 14) ...
1144 .. _METADATA_BLOCK:
1146 METADATA_BLOCK Contents
1147 -----------------------
1149 The ``METADATA_BLOCK`` block (id 15) ...
1151 .. _METADATA_ATTACHMENT:
1153 METADATA_ATTACHMENT Contents
1154 ----------------------------
1156 The ``METADATA_ATTACHMENT`` block (id 16) ...