[perl6]:
[parrot.git] / docs / pdds / pdd13_bytecode.pod
blob3dd09031f886455e1b2d84bf900b89bfa42095c9
1 # Copyright (C) 2001-2005, The Perl Foundation.
2 # $Id$
4 =head1 NAME
6 docs/pdds/pdd13_bytecode.pod - Parrot Bytecode
8 =head1 ABSTRACT
10 This PDD describes the file format for Parrot Bytecode (PBC) files and the
11 interface through which they may be manipulated programatically.
13 =head1 VERSION
15 $Revision$
17 =head1 DESCRIPTION
19 =over 4
21 =item - The sequence of instructions making up a Parrot program, a constants
22 table and debug data are all stored in a binary format called a packfile or
23 PBC (Parrot Bytecode file).
25 =item - A PBC file can be read by Parrot on any platform, but may be encoded
26 more optimally for a particular platform.
28 =item - It is possible to add arbitrary annotations to the instruction
29 sequence, for example line numbers in the high level language and other debug
30 data.
32 =item - PMCs will be used to represent packfiles and packfile segments to
33 provide a programming interface to them, both from Parrot programs and the
34 Parrot internals.
36 =back
39 =head1 DEFINITIONS
41 None.
44 =head1 IMPLEMENTATION
46 =head2 Changes From The Current Implementation
48 A number of things in this proposed PDD differ from what is currently
49 implemented. This section details these changes and some of the reasoning
50 behind them.
53 =head3 Packfile Header
55 The format of the packfile header has changed completely, based upon a
56 proposal at
57 L<http://groups.google.com/group/perl.perl6.internals/browse_thread/thread/1f1af615edec7449/ebfdbb5180a9d813?lnk=gst>
58 and the requirement to have a UUID. I also observed that the INT field in the
59 previous header format is used nowhere in Parrot and appears redundant, and
60 that we were missing storing a patch version number along with the major and
61 minor, which made the version number less useful. The opcode type is also gone
62 due to non-use.
64 The version number now reflects the earliest version of Parrot that is capable
65 of running the bytecode file, to enable cross-version compatibility that will
66 be needed in the future.
69 =head3 Segment Header
71 Having the type associated with the segment inside the VM is fine, but since
72 it is in the directory segment anyway it seems odd to duplicate it here. Also
73 removed the id (did not seem to be used anywhere) and the second size (always
74 computable by knowing the size of this header, so it appears redundant).
77 =head3 Fixup Segment
79 We need to support unicode sub names, so fixup labels should be an index into
80 the constants table to the relevant string instead of just a C string as they
81 are now.
84 =head3 Annotations Segment
86 This is new and replaces and builds upon the debug segment. See here for some
87 on-list discussion:
89 L<http://groups.google.com/group/perl.perl6.internals/browse_thread/thread/b0d36dafb42d96c4/4d6ad2ad2243e677?lnk=gst&rnum=2#4d6ad2ad2243e677>
92 =head3 Packfile PMCs
94 This idea will see packfiles and segments within them being represented by
95 PMCs, easing memory management and providing an interface to packfiles for
96 Parrot programs.
98 This part of the proposal is based upon a few previous discussions, mostly on
99 IRC or in realspace. Here are mailing list comments that provide one of the
100 motivations or hints of the proposal.
102 L<http://groups.google.com/group/perl.perl6.internals/browse_thread/thread/778ea0ac4c8676f7/b249306b543b040a?lnk=gst&q=packfile+PMCs&rnum=2#b249306b543b040a>
106 =head2 Packfiles
108 This section of the documentation describes the format of Parrot packfiles.
109 These contain the bytecode (sequence of instructions), constants table, fixup
110 table, debug data, annotations and possibly more.
112 Note that, unless otherwise stated, all offsets and lengths are given in terms
113 of Parrot opcodes, not bytes. An opcode corresponds to a word size in length.
114 The word size is specified in the packfile header.
117 =head3 Packfile Header
119 PBC files start with a variable length header. All data in this header is
120 stored as strings or in a single byte so endianness and word size need not be
121 considered when reading it.
123 Note that in this section only, offsets and lengths are in bytes.
125   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
126   | Offset | Length | Description                                            |
127   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
128   | 0      | 8      | 0xFE 0x50 0x42 0x43 0x0D 0x0A 0x1A 0x0A                |
129   |        |        | Parrot "Magic String" to identify a PBC file. In C,    |
130   |        |        | this is the string C<\376PBC\r\n\032\n> (ASCII) or     |
131   |        |        | C<\xfe\x50\x42\x43\x0d\x0a\x1a\x0a>.                   |
132   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
133   | 8      | 1      | Word size in bytes of words making up the segments of  |
134   |        |        | the PBC file. Must be one of:                          |
135   |        |        |    0x04 - 4 byte (32-bit) words                        |
136   |        |        |    0x08 - 8 byte (64-bit) words                        |
137   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
138   | 9      | 1      | Byte order within the words making up the segments of  |
139   |        |        | the PBC file. Must be one of:                          |
140   |        |        |    0x00 - Little Endian                                |
141   |        |        |    0x01 - Big Endian                                   |
142   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
143   | 10     | 1      | The encoding of floating point numbers in the file.    |
144   |        |        | Must be one of:                                        |
145   |        |        |    0x00 - IEEE 754 8 byte double                       |
146   |        |        |    0x01 - i386 little endian 12 byte long double       |
147   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
148   | 11     | 1      | Major version number of the version of Parrot that     |
149   |        |        | wrote this bytecode file. For example, if Parrot 0.9.5 |
150   |        |        | wrote it, this byte would have the value 0.            |
151   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
152   | 12     | 1      | Minor version number of the version of Parrot that     |
153   |        |        | wrote this bytecode file. For example, if Parrot 0.9.5 |
154   |        |        | wrote it, this byte would have the value 9.            |
155   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
156   | 13     | 1      | Patch version number of the version of Parrot that     |
157   |        |        | wrote this bytecode file. For example, if Parrot 0.9.5 |
158   |        |        | wrote it, this byte would have the value 5.            |
159   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
160   | 14     | 1      | Major version number of the bytecode file format. See  |
161   |        |        | the section below on bytecode file format version      |
162   |        |        | numbers.                                               |
163   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
164   | 15     | 1      | Minor version number of the bytecode file format. See  |
165   |        |        | the section below on bytecode file format version      |
166   |        |        | numbers.                                               |
167   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
168   | 16     | 1      | The type of the UUID associated with this packfile.    |
169   |        |        | Must be one of:                                        |
170   |        |        |    0x00 - No UUID                                      |
171   |        |        |    0x01 - MD5                                          |
172   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
173   | 17     | 1      | Length of the UUID associated with this packfile. May  |
174   |        |        | be zero if the type of the UUID is 0x00. Maximum       |
175   |        |        | value is 255.                                          |
176   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
177   | 18     | u      | A UUID of u bytes in length, where u was specified as  |
178   |        |        | the length of the UUID in the previous field. Be sure  |
179   |        |        | that UUIDs are stored and read as strings. The UUID is |
180   |        |        | computed by applying the hash function specified in    |
181   |        |        | the UUID type field over the entire packfile not       |
182   |        |        | including this header and its trailing zero padding.   |
183   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
184   | 18 + u | n      | Zero-padding to make the total header length a         |
185   |        |        | multiple of 16 bytes in length.                        |
186   |        |        |    n = u % 16 == 0 ? 0 : 16 - (u % 16)                 |
187   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
189 Everything beyond the header is an opcode, with word length and byte ordering
190 as defined in the header. If the word length and byte ordering of the machine
191 that is reading the PBC file do not match these, it needs to transform the
192 words making up the rest of the packfile.
194 =head4 Bytecode File Version Numbers
196 The bytecode file version number exists to decouple the format of the bytecode
197 file from the version of the Parrot implementation that is reading/writing it.
198 It has a major and a minor part.
200 The major version number should be incremented whenever there is a change to
201 the layout of bytecode files. This includes new segments, changes to segment
202 headers or changes to the format of the data held within a segment.
204 The minor version number should be incremented in all other cases when a
205 change is made that means a previous version of Parrot would not be able to
206 run the program encoded in the packfile. This includes:
208 =over 4
210 =item Opcode renumbering
212 =item Addition of new opcodes and removal of existing ones
214 =item Addition of new core PMCs and removal of existing ones
216 =item Changes to the interface (externally visible behaviour) of an opcode or
219 =back
221 A single version of Parrot can support reading and writing of more than one
222 bytecode file format. In fact, once Parrot is in production use it will be
223 preferable to write as early a bytecode format as is possible, to allow the
224 greatest compatibility with previous Parrots.
226 These versions will be listed in the PBC_COMPAT file, sorted with the latest
227 version first in the format:
229   MAJOR.MINOR DATE NAME DESCRIPTION
232 =head3 Directory Format Header
234 Packfiles contain a directory describing the segments that it contains.
235 This header specifies the format of the directory.
237   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
238   | Offset | Length | Description                                            |
239   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
240   | 0      | 1      | The format of the directory. Must be:                  |
241   |        |        |    0x01 - Directory Format 1                           |
242   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
243   | 1      | 3      | Must be:                                               |
244   |        |        |    0x00 0x00 0x00 - Reserved                           |
245   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
247 Currently only C<Format 1> exists. In the future, the format of the
248 directory may change. A single version of Parrot may then become capable of
249 generating and reading files of more than one directory format. This header
250 enables Parrot to detect whether it is able to read the directory segment in
251 the packfile.
253 This header must be followed immediately by a directory segment.
256 =head3 Packfile Segment Header
258 All segments, regardless of type, start with a 1 opcode segment header. All
259 other segments below are prefixed with this.
261   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
262   | Offset | Length | Description                                            |
263   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
264   | 0      | 1      | The total size of the segment in opcodes, including    |
265   |        |        | this header.                                           |
266   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
269 =head3 Segment Padding
271 All segments must have trailing zero (NULL) values appended so they are a
272 multiple of 16 bytes in length. (This allows wordsize support of up to 
273 128 bits.)
276 =head3 Directory Segment
278 This segment lists the other segments that make up the packfile and where in
279 the file they are located. It must occur immediately after the directory
280 format header. Only one of these segments may occur in a packfile. In the
281 future, a hierarchy of directories may be allowed.
283 The directory segment adds one additional header after the standard packfile
284 header data, which specifies the number of entries in the directory.
286   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
287   | Offset | Length | Description                                            |
288   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
289   | 1      | 1      | The number of entries in the directory.                |
290   |        |        |    n                                                   |
291   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
293 Following this are C<n> variable length entries formatted as described in the
294 following table. Offsets are in words, but are given relative to the start of
295 an individual entry.
297   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
298   | Offset | Length | Description                                            |
299   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
300   | 0      | 1      | The type of the segment. Must be one of the following: |
301   |        |        |    0x00 - Reserved (Directory Segment)                 |
302   |        |        |    0x01 - Default Segment                              |
303   |        |        |    0x02 - Fixup Segment                                |
304   |        |        |    0x03 - Constant Table Segment                       |
305   |        |        |    0x04 - Bytecode Segment                             |
306   |        |        |    0x05 - Annotations Segment                          |
307   |        |        |    0x06 - PIC Data Segment                             |
308   |        |        |    0x07 - Dependencies Segment                         |
309   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
310   | 1      | n      | The name of the segment, as a (NULL terminated) ASCII  |
311   |        |        | C string. This must be padded with trailing NULL       |
312   |        |        | (zero) values to be a full word in size.               |
313   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
314   | n + 1  | 1      | The offset to the segment, relative to the start of    |
315   |        |        | the packfile. Specified as a number of words, where    |
316   |        |        | the word size is that specified in the header. (Parrot |
317   |        |        | may need to do some computation to transform this to   |
318   |        |        | an offset in terms of its own word size.) As segments  |
319   |        |        | must always be aligned on 16-byte boundaries, this     |
320   |        |        | scheme scales up to 128-bit platforms.                 |
321   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
322   | n + 2  | 1      | The length of the segment, including its header, in    |
323   |        |        | words. This must match the length stored at the start  |
324   |        |        | of the header of the segment the entry is describing.  |
325   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
328 =head3 Default Segment
330 The default segment has no additional headers. It will, if possible, be memory
331 mapped. More than one may exist in the packfile, and they are identified by
332 name. They may be used for storing any data that does not fit into any other
333 segment, for example the source code from a high level language (HLL).
336 =head3 Bytecode Segment
338 This segment has no additonal headers. It stores a stream of instructions in
339 bytecode format. Instructions have variable length. Each instruction starts
340 with an operation code (opcode).
342   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
343   | Offset | Length | Description                                            |
344   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
345   | 0      | 1      | A valid Parrot operation code, as specified in the     |
346   |        |        | operation codes list.                                  |
347   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
349 Zero or more operands follow the opcode. Most instructions take a
350 fixed number of operands but several of them take a variable number, with the
351 first operand being used to determine the number of additional operands that
352 follow. This tends to be stored as a PMC constant, meaning that decoding the
353 instruction stream not only requires knowledge of the operands that each
354 instruction takes but also the ability to thaw PMCs.
356 An individual operand is always one word in length and may be of one of the
357 following forms.
359   +------------------+-------------------------------------------------------+
360   | Operand Type     | Description                                           |
361   +------------------+-------------------------------------------------------+
362   | Register         | An integer specifying a register number.              |
363   +------------------+-------------------------------------------------------+
364   | Integer Constant | An integer that is the constant itself. That is, the  |
365   |                  | constant is stored directly in the instruction        |
366   |                  | stream. Storing integer constants of length greater   |
367   |                  | than 32 bits has undefined behaviour and should be    |
368   |                  | considered unportable.                                |
369   +------------------+-------------------------------------------------------+
370   | Number Constant  | An index into the constants table.                    |
371   +------------------+-------------------------------------------------------+
372   | String Constant  | An index into the constants table.                    |
373   +------------------+-------------------------------------------------------+
374   | PMC Constant     | An index into the constants table.                    |
375   +------------------+-------------------------------------------------------+
378 =head3 Constants Segment
380 This segment stores number, string and PMC constants. It adds one extra field
381 to its header.
383   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
384   | Offset | Length | Description                                            |
385   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
386   | 2      | 1      | The number of constants in the table.                  |
387   |        |        |    n                                                   |
388   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
390 Following this are C<n> constants, each with a single word header specifying
391 the type of constant that follows.
393   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
394   | Offset | Length | Description                                            |
395   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
396   | 0      | 1      | The type of the constant. Must be one of:              |
397   |        |        |    0x00 - No constant                                  |
398   |        |        |    0x6E - Number constant (ASCII 'n')                  |
399   |        |        |    0x73 - String constant (ASCII 's')                  |
400   |        |        |    0x70 - PMC constant (ASCII 'p')                     |
401   |        |        |    0x6B - Key constant (ASCII 'k')                     |
402   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
404 All constants that are not a multiple of the word size in length must be
405 padded with trailing zero bytes up to a word size boundary.
407 =head4 Number Constants
409 The number is stored in the format defined in the Packfile header. Any padding
410 that is needed will follow.
412 =head4 String Constants
414 String constants are stored in the following format, with offsets relative to
415 the start of the constant including its type.
417   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
418   | Offset | Length | Description                                            |
419   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
420   | 1      | 1      | Flags, copied from the string structure.               |
421   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
422   | 2      | 1      | Character set; either the index of a built-in one or a |
423   |        |        | dynamically loaded one whose index is in a range given |
424   |        |        | in the dependencies table.                             |
425   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
426   | 3      | 1      | Encoding, either the index of a built-in one or a      |
427   |        |        | dynamically loaded one whose index is in a range given |
428   |        |        | in the dependencies table.                             |
429   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
430   | 4      | 1      | Length of the string data in bytes.                    |
431   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
432   | 5      | n      | String data with trailing zero padding as required.    |
433   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
435 =head4 PMC Constants
437 PMCs that can be saved in packfiles as constants implement the freeze and thaw
438 v-table methods. Their frozen data is placed in a string, stored in the same
439 format as a string constant.
441 =head4 Key Constants
443 Key constants are made up a number of components, where one component is a
444 "dimension" in the key. The number of components in the key is stored at the
445 start of the constant.
447   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
448   | Offset | Length | Description                                            |
449   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
450   | 1      | 1      | Number of key components that follow.                  |
451   |        |        |    n                                                   |
452   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
454 Following this are C<n> entries of two words each that specify the key's
455 type and value. The key value may be a register or another constant, but not
456 another key constant. All constants other than integer constants are indexes
457 into the constants table.
459   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
460   | Offset | Length | Description                                            |
461   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
462   | 0      | 1      | Type of the key. Must be one of:                       |
463   |        |        |    0x00 - Integer register                             |
464   |        |        |    0x01 - String register                              |
465   |        |        |    0x02 - PMC register                                 |
466   |        |        |    0x03 - Number register                              |
467   |        |        |    0x10 - Integer constant                             |
468   |        |        |    0x11 - String constant (constant table index)       |
469   |        |        |    0x12 - PMC constant (constant table index)          |
470   |        |        |    0x13 - Number constant (constant table index)       |
471   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
472   | 1      | 1      | Value of the key.                                      |
473   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
475 {{ TODO: Figure out slice bits and document them here. }}
478 =head3 Fixup Segment
480 The fixup segment maps names of subs to offsets in the bytecode stream. It
481 adds one extra field to its header.
483 {{ TODO: I think label fixups are no longer used. Check if that is so. }}
485   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
486   | Offset | Length | Description                                            |
487   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
488   | 1      | 1      | Number of fixup table entries that follow.             |
489   |        |        |    n                                                   |
490   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
492 This is followed by n fixup table entries, of variable length, that take the
493 following form.
495   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
496   | Offset | Length | Description                                            |
497   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
498   | 0      | 1      | Type of the fixup. Must be:                            |
499   |        |        |    0x01 - Subroutine fixup                             |
500   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
501   | 1      | 1      | The label that is being fixed up. A string constant,   |
502   |        |        | stored as an index into the constants table.           |
503   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
504   | 2      | 1      | For subroutine fixups, this is an index into the       |
505   |        |        | constants table for the sub PMC corresponding to the   |
506   |        |        | label.                                                 |
507   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
510 =head3 Annotations Segment
512 Annotations allow any instruction in the bytecode stream to have zero or more
513 key/value pairs associated with it. These can be retrived at runtime. High
514 level languages can use annotations to store file names, line numbers, column
515 numbers and any other data, for debug purposes or otherwise, that they need.
517 The segment comes in three parts:
519 =over 4
521 =item A list of annotation keys (for example, "line" and "file").
523 =item An annotation groups table, used to group together annotations for a
524 particular HLL source file (an annotation group starting clears all active
525 annotations, so they will not spill over between source files; it also
526 allows for faster lookup of annotations).
528 {{ TODO: Does it clear all annotations, or all annotation groups? }}
530 =item A list of indexes into the bytecode stream and key/value pairings (for
531 example, starting at instruction 235, the annotation "line" has value "42").
533 =back
535 The first word in the segment supplies the number of keys.
537   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
538   | Offset | Length | Description                                            |
539   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
540   | 1      | 1      | Number of annotation key entries that follow.          |
541   |        |        |    n                                                   |
542   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
544 Following this are C<n> annotation key entries. There is one entry per key
545 (such as "line" or "file"), but the bytecode may be annotated many times
546 with that key. Key entries take the following format.
548   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
549   | Offset | Length | Description                                            |
550   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
551   | 0      | 1      | Index into the constants table of a string containing  |
552   |        |        | the name of the key.                                   |
553   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
554   | 1      | 1      | The type of value that is stored with the key.         |
555   |        |        |    0x00 - Integer                                      |
556   |        |        |    0x01 - String Constant                              |
557   |        |        |    0x02 - Number Constant                              |
558   |        |        |    0x03 - PMC Constant                                 |
559   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
561 The annotation groups table comes next. This starts with a single integer to
562 specify the number of entries in the table.
564   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
565   | Offset | Length | Description                                            |
566   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
567   | 1      | 1      | Number of annotation group entries that follow.        |
568   |        |        |    n                                                   |
569   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
571 A group entry maps an offset in the bytecode segment to an offset in the list
572 of annotations (that is, offset 0 refers to the first word following this
573 table). The list of offsets into the bytecode segment (and by the definition
574 of this segment, the offsets into the annotations list) must be in ascending
575 order.
577   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
578   | Offset | Length | Description                                            |
579   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
580   | 0      | 1      | Offset into the bytecode segment where the             |
581   |        |        | instructions for a particular high level source file   |
582   |        |        | start.                                                 |
583   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
584   | 1      | 1      | Offset into the annotations list specifying where the  |
585   |        |        | annotations for the given instruction start.           |
586   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
588 The rest of the segment is made up of a sequence of instructions to key and
589 value mappings, taking the following format:
591   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
592   | Offset | Length | Description                                            |
593   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
594   | 0      | 1      | Offset into the bytecode segment, in words, of the     |
595   |        |        | instruction being annotated. At runtime, this will     |
596   |        |        | correspond to the program counter.                     |
597   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
598   | 1      | 1      | The key of the annotation, specified as an index into  |
599   |        |        | the zero-based list of keys specified in the first     |
600   |        |        | part of the segment. That is, if key "line" was the    |
601   |        |        | first entry and "file" the second, they would have     |
602   |        |        | indices 0 and 1 respectively.                          |
603   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
604   | 2      | 2      | The value of the annotation. If the annotation type    |
605   |        |        | (specified with the key) is an integer, the value is   |
606   |        |        | placed directly into this word. Otherwise, an index    |
607   |        |        | into the constants table is used.                      |
608   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
610 Note that the value of an annotation with a particular key is taken to apply
611 to all following instructions up to the point of a new value being specified
612 for that key with another annotation. This means that if 20 instructions make
613 up the compiled form of a single line of code, only one line annotation is
614 required. Note that this also implies that annotations must be placed in
615 the same order as the instructions.
618 =head3 Dependencies Segment
620 This segment holds a table of external and possibly dynamically loaded items
621 that are needed for this packfile to run. This includes:
623 =over 4
625 =item - Dynamic PMC libraries (.loadlib)
627 =item - Dynamic opcode libraries (.loadlib)
629 =item - Dynamically loaded string encoding
631 =item - Dynamically loaded character set
633 =back
635 The segment starts with the number of entries in the table.
637   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
638   | Offset | Length | Description                                            |
639   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
640   | 1      | 1      | Number of entries in the dependencies table.           |
641   |        |        |    n                                                   |
642   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
644 Following this are C<n> entries of variable length, taking the following
645 format:
647   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
648   | Offset | Length | Description                                            |
649   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
650   | 0      | 1      | Number of entries in the dependencies table.           |
651   |        |        |    0x00 - Dynamic PMC Library                          |
652   |        |        |    0x01 - Dynamic Opcode Library                       |
653   |        |        |    0x02 - Dynamically Loaded String Encoding           |
654   |        |        |    0x03 - Dynamically Loaded Character Set             |
655   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
656   | 1      | n      | A hint for finding and loading the resource; usually   |
657   |        |        | the name of the dynamic library, but possibly a full   |
658   |        |        | path too. Given as an ASCII NULL-terminated string,    |
659   |        |        | zero-padded to a full word.                            |
660   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
661   | n + 1  | 1      | The lowest index for the given type of resource that   |
662   |        |        | is contained in this dependency. For example, if this  |
663   |        |        | entry was for a dynamic opcode library containing ops  |
664   |        |        | numbered 5000 through 5042, this entry would be 5000.  |
665   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
666   | n + 2  | 1      | The highest index for the given type of resource that  |
667   |        |        | is contained in this dependency. For example, if this  |
668   |        |        | entry was for a dynamic opcode library containing ops  |
669   |        |        | numbered 5000 through 5042, this entry would be 5042.  |
670   +--------+--------+--------------------------------------------------------+
674 =head2 Packfile PMCs
676 A packfile will be represented in memory by Parrot as a tree of PMCs. These
677 will provide a programatic way to construct and walk packfiles, both for the
678 Parrot internals and from programs running on the Parrot VM.
680 {{ TODO... QUESTION: Will the CStruct PMC make it into Parrot? If so, we
681 may want to change the interface of these PMCs to take advantage of it. 
682 ANSWER: Yes it will (most likely with a different name), but it needs to
683 be prototyped first. Do you want to hold off on implementing the
684 bytecode changes until it's available? I say go ahead and implement now,
685 then revise when the new PMC is available. }}
688 =head3 Packfile.pmc
690 This PMC represents the packfile overall. It will be constructed by the VM
691 when reading a packfile. It implements the following methods.
693 =head4 C<get_string> (v-table)
695 Serializes this packfile data structure into a bytestream ready to be written
696 to disk (that is, maps from PMCs to on-disk representation).
698 =head4 C<set_string_native> (v-table)
700 Takes a string containing an entire packfile in the on-disk format, attempts
701 to unpack it into a tree of Packfile PMCs and sets this Packfile PMC to 
702 represent the top of that tree (that is, maps from on-disk representation to a
703 tree of PMCs).
705 =head4 C<get_integer_keyed_str> (v-table)
707 Used to get data about fields in the header that have an integer value. Valid
708 keys are:
710 =over 4
712 =item wordsize
714 =item byteorder
716 =item fptype
718 =item version_major
720 =item version_minor
722 =item version_patch
724 =item bytecode_major
726 =item bytecode_minor
728 =item uuid_type
730 =item uuid_length
732 =back
734 =head4 C<get_string_keyed_str> (v-table)
736 Used to get data about fields in the header that have a string value. Valid
737 keys are:
739 =over 4
741 =item uuid
743 =back
745 =head4 C<set_integer_keyed_str> (v-table)
747 Used to set fields in the packfile header. Some fields are not allowed to be
748 written since they are determined by the VM when serializing the packfile for
749 storage on disk. The fields that may be set are:
751 =over 4
753 =item version_major
755 =item version_minor
757 =item version_patch
759 =item uuid_type
761 =back
763 Be very careful when setting a version number; you should usually trust the VM
764 to do the right thing with this.
766 Setting the uuid_type will not result in immediate re-computation of the
767 UUID, but rather will only cause it to be computed using the selected
768 algorithm when the packfile is serialized (by calling the C<get_string>
769 v-table method). Setting an invalid uuid_type value will cause an exception
770 to be thrown immediately.
772 =head4 C<get_directory()>
774 Returns the PackfileDirectory PMC that represents the directory segment at the
775 start of the packfile.
778 =head3 PackfileSegment.pmc
780 An abstract PMC that is the base class for all other segments. It has two
781 abstract methods, which are to be implemented by all subclasses. They will not
782 be listed under the method list for other segment PMCs to save space.
784 =head4 C<STRING* pack()>
786 Packs the segment into the on-disk format and returns a string holding it.
788 =head4 C<unpack(STRING*)>
790 Takes the packed representation for a segment of the given type and then
791 unpacks it, setting this PMC to represent that segment as a result of the
792 unpacking. If an error occurs during the unpacking process, an exception will
793 be thrown.
796 =head3 PackfileDirectory.pmc (isa PackfileSegment)
798 This PMC represents a directory segment. Essentially it is an array of
799 PackfileSegment PMCs. When indexed using an integer key, it gets the segment
800 at that position in the segments table. When indexed using a string key, it
801 looks for a segment of that name. It implements the following methods:
803 =head4 C<elements> (v-table)
805 Gets the number of segments listed in the directory.
807 =head4 C<get_pmc_keyed_int> (v-table)
809 Gets a PackfileSegment PMC or an appropriate subclass of it representing the
810 segment at the specified index in the directory segment.
812 =head4 C<get_string_keyed_int> (v-table)
814 Gets a string containing the name of the segment at the specified index in the
815 directory segment.
817 =head4 C<get_pmc_keyed_str> (v-table)
819 Searches the directory for a segment with the given name and, if one exists,
820 returns a PackfileSegment PMC (or one of its subclasses) representing it.
822 =head4 C<set_pmc_keyed_str> (v-table)
824 Adds a PackfileSegment PMC (or a subclass of it) to the directory with the
825 name specified by the key. This is the only way to add another segment to the
826 directory. If a segment of the given name already exists in the directory, it
827 will be replaced with the supplied PMC.
830 =head3 RawSegment.pmc (isa PackfileSegment)
832 This PMC presents a segment of a packfile as an array of integers. This is the
833 lowest possible level of access to a segment, and covers both the default and
834 bytecode segment types. It implements the following methods:
836 =head4 C<get_integer_keyed_int> (v-table)
838 Reads the integer at the specified offset into the segment, excluding the data
839 in the common segment header but including the data making up additional
840 fields in the header for a specific type of segment.
842 =head4 C<set_integer_keyed_int> (v-table)
844 Stores an integer at the specified offset into the segment. Will throw an
845 exception if the segment is memory mapped.
847 =head4 C<elements> (v-table)
849 Gets the length of the segment in words, excluding the length of the common
850 segment but including the data making up additional fields in the header for a
851 specific type of segment.
854 =head3 PackfileConstantTable.pmc (isa PackfileSegment)
856 This PMC represents a constants table. It provides access to constants through
857 the keyed integer interface (the interpreter may choose to access underlying
858 structures directly to improve performance, however). 
860 The table of constants can be added to using the keyed set methods; it will
861 grow automatically.
863 The PMC implements the following methods:
865 =head4 C<elements> (v-table)
867 Gets the number of constants contained in the table.
869 =head4 C<get_number_keyed_int> (v-table)
871 Gets the value of the number constant at the specified index in the constants
872 table. If the constant at that position in the table is not a number, an
873 exception will be thrown.
875 =head4 C<get_string_keyed_int> (v-table)
877 Gets the value of the string constant at the specified index in the constants
878 table. If the constant at that position in the table is not a string, an
879 exception will be thrown.
881 =head4 C<get_pmc_keyed_int> (v-table)
883 Gets the value of the PMC or key constant at the specified index in the
884 constants table. If the constant at that position in the table is not a PMC
885 or key, an exception will be thrown.
887 =head4 C<set_number_keyed_int> (v-table)
889 Sets the value of the number constant at the specified index in the constants
890 table. If the constant at that position in the table is not already a number
891 constant, an exception will be thrown. If it does not exist, the table will be
892 extended.
894 =head4 C<set_string_keyed_int> (v-table)
896 Sets the value of the string constant at the specified index in the constants
897 table. If the constant at that position in the table is not already a string
898 constant, an exception will be thrown. If it does not exist, the table will be
899 extended.
901 =head4 C<set_pmc_keyed_int> (v-table)
903 Sets the value of the PMC or key constant at the specified index in the
904 constants table. If the constant at that position in the table is not already
905 a PMC or key constant, an exception will be thrown. If it does not exist, the
906 table will be extended.
908 =head4 C<int get_type(int)>
910 Returns an integer value denoting the type of the constant at the specified
911 index. Possible values are:
913   +--------+-----------------------------------------------------------------+
914   | Value  | Constant Type                                                   |
915   +--------+-----------------------------------------------------------------+
916   | 0x00   | No Constant                                                     |
917   +--------+-----------------------------------------------------------------+
918   | 0x6E   | Number Constant                                                 |
919   +--------+-----------------------------------------------------------------+
920   | 0x73   | String Constant                                                 |
921   +--------+-----------------------------------------------------------------+
922   | 0x70   | PMC Constant                                                    |
923   +--------+-----------------------------------------------------------------+
924   | 0x6B   | Key Constant                                                    |
925   +--------+-----------------------------------------------------------------+
928 =head3 PackfileFixupTable.pmc (isa PackfileSegment)
930 This PMC provides a keyed integer interface to the fixup table. Each entry in
931 the table is represented by a PackfileFixupEntry PMC. It implements the
932 following methods:
934 =head4 C<elements> (v-table)
936 Gets the number of entries in the fixup table.
938 =head4 C<get_pmc_keyed_int> (v-table)
940 Gets a PackfileFixupEntry PMC for the fixup entry at the position given in
941 the key. If the index is out of range, an exception will be thrown.
943 =head4 C<set_pmc_keyed_int> (v-table)
945 Used to add a PackfileFixupEntry PMC to the fixups table or to replace an
946 existing one. If the PMC that is supplied is not of type PackfileFixupEntry,
947 an exception will thrown.
950 =head3 PackfileFixupEntry.pmc
952 This PMC represents an entry in the fixup table. It implements the following
953 methods.
955 =head4 C<get_string> (v-table)
957 Gets the label field of the fixup entry.
959 =head4 C<set_string_native> (v-table)
961 Sets the label field of the fixup entry.
963 =head4 C<get_integer> (v-table)
965 Gets the offset field of the fixup entry.
967 =head4 C<set_integer_native> (v-table)
969 Sets the offset field of the fixup entry.
971 =head4 C<int get_type()>
973 Gets the type of the fixup entry. See the entries table for possible fixup
974 types.
976 =head4 C<set_type(int)>
978 Sets the type of the fixup entry. See the entries table for possible fixup
979 types. Specifying an invalid type will result in an exception.
982 =head3 PackfileAnnotations.pmc (isa PackfileSegment)
984 This PMC represents the bytecode annotations table. The key ID to key name and
985 key type mappings are stored in a separate PackfileAnnotationKeys PMC. Each 
986 (offset, key, value) entry is represented by a PackfileAnnotation PMC. The
987 following methods are implemented:
989 =head4 C<PMC* get_key_list()>
991 Returns a PackfileAnnotationKeys PMC containing the names and types of the
992 annotation keys. Fetch and add to this to create a new annotation key.
994 =head4 C<elements> (v-table)
996 Gets the number of annotations in the table.
998 =head4 C<get_pmc_keyed_int> (v-table)
1000 Gets the annotation at the specified index. If there is no annotation at that
1001 index, an exception will be thrown. The PMC that is returned will always be a
1002 PackfileAnnotation PMC.
1004 =head4 C<set_pmc_keyed_int> (v-table)
1006 Sets the annotation at the specified index. If there is no annotation at that
1007 index, it is added to the list of annotations. An exception will be thrown
1008 unless all of the following conditions are met:
1010 =over 4
1012 =item - The type of the PMC passed is PackfileAnnotation
1014 =item - The entry at the previous index is defined
1016 =item - The offset of the previous entry is less than this entry
1018 =item - The offset of the next entry, if it exists, is greater than this entry
1020 =item - The key ID references a valid annotation key
1022 =back
1025 =head3 PackfileAnnotationKeys.pmc
1027 This PMC represents the table of keys and the type of value that is stored
1028 against that key. It implements the following methods:
1030 =head4 C<get_string_keyed_int> (v-table)
1032 Gets the name of the annotation key specified by the index. An exception will
1033 be thrown if the index is out of range.
1035 =head4 C<set_string_keyed_int> (v-table)
1037 Sets the name of the annotation key specified by the index. If there is no key
1038 with that index currently, a key at that position in the table will be added.
1040 =head4 C<get_integer_keyed_int> (v-table)
1042 Gets an integer representing the type of the value that is stored with the key
1043 at the specified index. An exception will be thrown if the index is out of
1044 range.
1046 =head4 C<set_integer_keyed_int> (v-table)
1048 Sets the type of the value that is stored with the key at the specified index.
1049 If there is no key with that index currently, a key at that position in the
1050 table will be added.
1053 =head3 PackfileAnnotation.pmc
1055 This PMC represents an individual bytecode annotation entry in the annotations
1056 segment. It implements the following methods:
1058 =head4 C<int get_offset()>
1060 Gets the offset into the bytecode of the instruction that is being annotated.
1062 =head4 C<set_offset(int)>
1064 Sets the offset into the bytecode of the instruction that is being annotated.
1066 =head4 C<int get_key_id()>
1068 Gets the ID of the key of the annotation.
1070 =head4 C<int set_key_id()>
1072 Sets the ID of the key of the annotation.
1074 =head4 C<get_integer> (v-table)
1076 Gets the value of the annotation. This may be, depending upon the type of the
1077 annotation, an integer annotation or an index into the constants table.
1079 =head4 C<set_integer> (v-table)
1081 Sets the value of the annotation. This may be, depending upon the type of the
1082 annotation, an integer annotation or an index into the constants table.
1085 =head1 LANGUAGE NOTES
1087 None.
1090 =head1 ATTACHMENTS
1092 None.
1095 =head1 FOOTNOTES
1097 None.
1100 =head1 REFERENCES
1102 None.
1105 =cut
1107 __END__
1108 Local Variables:
1109   fill-column:78
1110 End: