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[dragonfly.git] / contrib / gdb-7 / gdb / doc / agentexpr.texi
1 @c \input texinfo
2 @c %**start of header
3 @c @setfilename agentexpr.info
4 @c @settitle GDB Agent Expressions
5 @c @setchapternewpage off
6 @c %**end of header
7
8 @c This file is part of the GDB manual.
9 @c
10 @c Copyright (C) 2003, 2004, 2005, 2006, 2009, 2010, 2011
11 @c Free Software Foundation, Inc.
12 @c
13 @c See the file gdb.texinfo for copying conditions.
14
15 @node Agent Expressions
16 @appendix The GDB Agent Expression Mechanism
17
18 In some applications, it is not feasible for the debugger to interrupt
19 the program's execution long enough for the developer to learn anything
20 helpful about its behavior.  If the program's correctness depends on its
21 real-time behavior, delays introduced by a debugger might cause the
22 program to fail, even when the code itself is correct.  It is useful to
23 be able to observe the program's behavior without interrupting it.
24
25 Using GDB's @code{trace} and @code{collect} commands, the user can
26 specify locations in the program, and arbitrary expressions to evaluate
27 when those locations are reached.  Later, using the @code{tfind}
28 command, she can examine the values those expressions had when the
29 program hit the trace points.  The expressions may also denote objects
30 in memory --- structures or arrays, for example --- whose values GDB
31 should record; while visiting a particular tracepoint, the user may
32 inspect those objects as if they were in memory at that moment.
33 However, because GDB records these values without interacting with the
34 user, it can do so quickly and unobtrusively, hopefully not disturbing
35 the program's behavior.
36
37 When GDB is debugging a remote target, the GDB @dfn{agent} code running
38 on the target computes the values of the expressions itself.  To avoid
39 having a full symbolic expression evaluator on the agent, GDB translates
40 expressions in the source language into a simpler bytecode language, and
41 then sends the bytecode to the agent; the agent then executes the
42 bytecode, and records the values for GDB to retrieve later.
43
44 The bytecode language is simple; there are forty-odd opcodes, the bulk
45 of which are the usual vocabulary of C operands (addition, subtraction,
46 shifts, and so on) and various sizes of literals and memory reference
47 operations.  The bytecode interpreter operates strictly on machine-level
48 values --- various sizes of integers and floating point numbers --- and
49 requires no information about types or symbols; thus, the interpreter's
50 internal data structures are simple, and each bytecode requires only a
51 few native machine instructions to implement it.  The interpreter is
52 small, and strict limits on the memory and time required to evaluate an
53 expression are easy to determine, making it suitable for use by the
54 debugging agent in real-time applications.
55
56 @menu
57 * General Bytecode Design::     Overview of the interpreter.
58 * Bytecode Descriptions::       What each one does.
59 * Using Agent Expressions::     How agent expressions fit into the big picture.
60 * Varying Target Capabilities:: How to discover what the target can do.
61 * Rationale::                   Why we did it this way.
62 @end menu
63
64
65 @c @node Rationale
66 @c @section Rationale
67
68
69 @node General Bytecode Design
70 @section General Bytecode Design
71
72 The agent represents bytecode expressions as an array of bytes.  Each
73 instruction is one byte long (thus the term @dfn{bytecode}).  Some
74 instructions are followed by operand bytes; for example, the @code{goto}
75 instruction is followed by a destination for the jump.
76
77 The bytecode interpreter is a stack-based machine; most instructions pop
78 their operands off the stack, perform some operation, and push the
79 result back on the stack for the next instruction to consume.  Each
80 element of the stack may contain either a integer or a floating point
81 value; these values are as many bits wide as the largest integer that
82 can be directly manipulated in the source language.  Stack elements
83 carry no record of their type; bytecode could push a value as an
84 integer, then pop it as a floating point value.  However, GDB will not
85 generate code which does this.  In C, one might define the type of a
86 stack element as follows:
87 @example
88 union agent_val @{
89   LONGEST l;
90   DOUBLEST d;
91 @};
92 @end example
93 @noindent
94 where @code{LONGEST} and @code{DOUBLEST} are @code{typedef} names for
95 the largest integer and floating point types on the machine.
96
97 By the time the bytecode interpreter reaches the end of the expression,
98 the value of the expression should be the only value left on the stack.
99 For tracing applications, @code{trace} bytecodes in the expression will
100 have recorded the necessary data, and the value on the stack may be
101 discarded.  For other applications, like conditional breakpoints, the
102 value may be useful.
103
104 Separate from the stack, the interpreter has two registers:
105 @table @code
106 @item pc
107 The address of the next bytecode to execute.
108
109 @item start
110 The address of the start of the bytecode expression, necessary for
111 interpreting the @code{goto} and @code{if_goto} instructions.
112
113 @end table
114 @noindent
115 Neither of these registers is directly visible to the bytecode language
116 itself, but they are useful for defining the meanings of the bytecode
117 operations.
118
119 There are no instructions to perform side effects on the running
120 program, or call the program's functions; we assume that these
121 expressions are only used for unobtrusive debugging, not for patching
122 the running code.  
123
124 Most bytecode instructions do not distinguish between the various sizes
125 of values, and operate on full-width values; the upper bits of the
126 values are simply ignored, since they do not usually make a difference
127 to the value computed.  The exceptions to this rule are:
128 @table @asis
129
130 @item memory reference instructions (@code{ref}@var{n})
131 There are distinct instructions to fetch different word sizes from
132 memory.  Once on the stack, however, the values are treated as full-size
133 integers.  They may need to be sign-extended; the @code{ext} instruction
134 exists for this purpose.
135
136 @item the sign-extension instruction (@code{ext} @var{n})
137 These clearly need to know which portion of their operand is to be
138 extended to occupy the full length of the word.
139
140 @end table
141
142 If the interpreter is unable to evaluate an expression completely for
143 some reason (a memory location is inaccessible, or a divisor is zero,
144 for example), we say that interpretation ``terminates with an error''.
145 This means that the problem is reported back to the interpreter's caller
146 in some helpful way.  In general, code using agent expressions should
147 assume that they may attempt to divide by zero, fetch arbitrary memory
148 locations, and misbehave in other ways.
149
150 Even complicated C expressions compile to a few bytecode instructions;
151 for example, the expression @code{x + y * z} would typically produce
152 code like the following, assuming that @code{x} and @code{y} live in
153 registers, and @code{z} is a global variable holding a 32-bit
154 @code{int}:
155 @example
156 reg 1
157 reg 2
158 const32 @i{address of z}
159 ref32
160 ext 32
161 mul
162 add
163 end
164 @end example
165
166 In detail, these mean:
167 @table @code
168
169 @item reg 1
170 Push the value of register 1 (presumably holding @code{x}) onto the
171 stack.
172
173 @item reg 2
174 Push the value of register 2 (holding @code{y}).
175
176 @item const32 @i{address of z}
177 Push the address of @code{z} onto the stack.
178
179 @item ref32
180 Fetch a 32-bit word from the address at the top of the stack; replace
181 the address on the stack with the value.  Thus, we replace the address
182 of @code{z} with @code{z}'s value.
183
184 @item ext 32
185 Sign-extend the value on the top of the stack from 32 bits to full
186 length.  This is necessary because @code{z} is a signed integer.
187
188 @item mul
189 Pop the top two numbers on the stack, multiply them, and push their
190 product.  Now the top of the stack contains the value of the expression
191 @code{y * z}.
192
193 @item add
194 Pop the top two numbers, add them, and push the sum.  Now the top of the
195 stack contains the value of @code{x + y * z}.
196
197 @item end
198 Stop executing; the value left on the stack top is the value to be
199 recorded.
200
201 @end table
202
203
204 @node Bytecode Descriptions
205 @section Bytecode Descriptions
206
207 Each bytecode description has the following form:
208
209 @table @asis
210
211 @item @code{add} (0x02): @var{a} @var{b} @result{} @var{a+b}
212
213 Pop the top two stack items, @var{a} and @var{b}, as integers; push
214 their sum, as an integer.
215
216 @end table
217
218 In this example, @code{add} is the name of the bytecode, and
219 @code{(0x02)} is the one-byte value used to encode the bytecode, in
220 hexadecimal.  The phrase ``@var{a} @var{b} @result{} @var{a+b}'' shows
221 the stack before and after the bytecode executes.  Beforehand, the stack
222 must contain at least two values, @var{a} and @var{b}; since the top of
223 the stack is to the right, @var{b} is on the top of the stack, and
224 @var{a} is underneath it.  After execution, the bytecode will have
225 popped @var{a} and @var{b} from the stack, and replaced them with a
226 single value, @var{a+b}.  There may be other values on the stack below
227 those shown, but the bytecode affects only those shown.
228
229 Here is another example:
230
231 @table @asis
232
233 @item @code{const8} (0x22) @var{n}: @result{} @var{n}
234 Push the 8-bit integer constant @var{n} on the stack, without sign
235 extension.
236
237 @end table
238
239 In this example, the bytecode @code{const8} takes an operand @var{n}
240 directly from the bytecode stream; the operand follows the @code{const8}
241 bytecode itself.  We write any such operands immediately after the name
242 of the bytecode, before the colon, and describe the exact encoding of
243 the operand in the bytecode stream in the body of the bytecode
244 description.
245
246 For the @code{const8} bytecode, there are no stack items given before
247 the @result{}; this simply means that the bytecode consumes no values
248 from the stack.  If a bytecode consumes no values, or produces no
249 values, the list on either side of the @result{} may be empty.
250
251 If a value is written as @var{a}, @var{b}, or @var{n}, then the bytecode
252 treats it as an integer.  If a value is written is @var{addr}, then the
253 bytecode treats it as an address.
254
255 We do not fully describe the floating point operations here; although
256 this design can be extended in a clean way to handle floating point
257 values, they are not of immediate interest to the customer, so we avoid
258 describing them, to save time.
259
260
261 @table @asis
262
263 @item @code{float} (0x01): @result{}
264
265 Prefix for floating-point bytecodes.  Not implemented yet.
266
267 @item @code{add} (0x02): @var{a} @var{b} @result{} @var{a+b}
268 Pop two integers from the stack, and push their sum, as an integer.
269
270 @item @code{sub} (0x03): @var{a} @var{b} @result{} @var{a-b}
271 Pop two integers from the stack, subtract the top value from the
272 next-to-top value, and push the difference.
273
274 @item @code{mul} (0x04): @var{a} @var{b} @result{} @var{a*b}
275 Pop two integers from the stack, multiply them, and push the product on
276 the stack.  Note that, when one multiplies two @var{n}-bit numbers
277 yielding another @var{n}-bit number, it is irrelevant whether the
278 numbers are signed or not; the results are the same.
279
280 @item @code{div_signed} (0x05): @var{a} @var{b} @result{} @var{a/b}
281 Pop two signed integers from the stack; divide the next-to-top value by
282 the top value, and push the quotient.  If the divisor is zero, terminate
283 with an error.
284
285 @item @code{div_unsigned} (0x06): @var{a} @var{b} @result{} @var{a/b}
286 Pop two unsigned integers from the stack; divide the next-to-top value
287 by the top value, and push the quotient.  If the divisor is zero,
288 terminate with an error.
289
290 @item @code{rem_signed} (0x07): @var{a} @var{b} @result{} @var{a modulo b}
291 Pop two signed integers from the stack; divide the next-to-top value by
292 the top value, and push the remainder.  If the divisor is zero,
293 terminate with an error.
294
295 @item @code{rem_unsigned} (0x08): @var{a} @var{b} @result{} @var{a modulo b}
296 Pop two unsigned integers from the stack; divide the next-to-top value
297 by the top value, and push the remainder.  If the divisor is zero,
298 terminate with an error.
299
300 @item @code{lsh} (0x09): @var{a} @var{b} @result{} @var{a<<b}
301 Pop two integers from the stack; let @var{a} be the next-to-top value,
302 and @var{b} be the top value.  Shift @var{a} left by @var{b} bits, and
303 push the result.
304
305 @item @code{rsh_signed} (0x0a): @var{a} @var{b} @result{} @code{(signed)}@var{a>>b}
306 Pop two integers from the stack; let @var{a} be the next-to-top value,
307 and @var{b} be the top value.  Shift @var{a} right by @var{b} bits,
308 inserting copies of the top bit at the high end, and push the result.
309
310 @item @code{rsh_unsigned} (0x0b): @var{a} @var{b} @result{} @var{a>>b}
311 Pop two integers from the stack; let @var{a} be the next-to-top value,
312 and @var{b} be the top value.  Shift @var{a} right by @var{b} bits,
313 inserting zero bits at the high end, and push the result.
314
315 @item @code{log_not} (0x0e): @var{a} @result{} @var{!a}
316 Pop an integer from the stack; if it is zero, push the value one;
317 otherwise, push the value zero.
318
319 @item @code{bit_and} (0x0f): @var{a} @var{b} @result{} @var{a&b}
320 Pop two integers from the stack, and push their bitwise @code{and}.
321
322 @item @code{bit_or} (0x10): @var{a} @var{b} @result{} @var{a|b}
323 Pop two integers from the stack, and push their bitwise @code{or}.
324
325 @item @code{bit_xor} (0x11): @var{a} @var{b} @result{} @var{a^b}
326 Pop two integers from the stack, and push their bitwise
327 exclusive-@code{or}.
328
329 @item @code{bit_not} (0x12): @var{a} @result{} @var{~a}
330 Pop an integer from the stack, and push its bitwise complement.
331
332 @item @code{equal} (0x13): @var{a} @var{b} @result{} @var{a=b}
333 Pop two integers from the stack; if they are equal, push the value one;
334 otherwise, push the value zero.
335
336 @item @code{less_signed} (0x14): @var{a} @var{b} @result{} @var{a<b}
337 Pop two signed integers from the stack; if the next-to-top value is less
338 than the top value, push the value one; otherwise, push the value zero.
339
340 @item @code{less_unsigned} (0x15): @var{a} @var{b} @result{} @var{a<b}
341 Pop two unsigned integers from the stack; if the next-to-top value is less
342 than the top value, push the value one; otherwise, push the value zero.
343
344 @item @code{ext} (0x16) @var{n}: @var{a} @result{} @var{a}, sign-extended from @var{n} bits
345 Pop an unsigned value from the stack; treating it as an @var{n}-bit
346 twos-complement value, extend it to full length.  This means that all
347 bits to the left of bit @var{n-1} (where the least significant bit is bit
348 0) are set to the value of bit @var{n-1}.  Note that @var{n} may be
349 larger than or equal to the width of the stack elements of the bytecode
350 engine; in this case, the bytecode should have no effect.
351
352 The number of source bits to preserve, @var{n}, is encoded as a single
353 byte unsigned integer following the @code{ext} bytecode.
354
355 @item @code{zero_ext} (0x2a) @var{n}: @var{a} @result{} @var{a}, zero-extended from @var{n} bits
356 Pop an unsigned value from the stack; zero all but the bottom @var{n}
357 bits.  This means that all bits to the left of bit @var{n-1} (where the
358 least significant bit is bit 0) are set to the value of bit @var{n-1}.
359
360 The number of source bits to preserve, @var{n}, is encoded as a single
361 byte unsigned integer following the @code{zero_ext} bytecode.
362
363 @item @code{ref8} (0x17): @var{addr} @result{} @var{a}
364 @itemx @code{ref16} (0x18): @var{addr} @result{} @var{a}
365 @itemx @code{ref32} (0x19): @var{addr} @result{} @var{a}
366 @itemx @code{ref64} (0x1a): @var{addr} @result{} @var{a}
367 Pop an address @var{addr} from the stack.  For bytecode
368 @code{ref}@var{n}, fetch an @var{n}-bit value from @var{addr}, using the
369 natural target endianness.  Push the fetched value as an unsigned
370 integer.
371
372 Note that @var{addr} may not be aligned in any particular way; the
373 @code{ref@var{n}} bytecodes should operate correctly for any address.
374
375 If attempting to access memory at @var{addr} would cause a processor
376 exception of some sort, terminate with an error.
377
378 @item @code{ref_float} (0x1b): @var{addr} @result{} @var{d}
379 @itemx @code{ref_double} (0x1c): @var{addr} @result{} @var{d}
380 @itemx @code{ref_long_double} (0x1d): @var{addr} @result{} @var{d}
381 @itemx @code{l_to_d} (0x1e): @var{a} @result{} @var{d}
382 @itemx @code{d_to_l} (0x1f): @var{d} @result{} @var{a}
383 Not implemented yet.
384
385 @item @code{dup} (0x28): @var{a} => @var{a} @var{a}
386 Push another copy of the stack's top element.
387
388 @item @code{swap} (0x2b): @var{a} @var{b} => @var{b} @var{a}
389 Exchange the top two items on the stack.
390
391 @item @code{pop} (0x29): @var{a} =>
392 Discard the top value on the stack.
393
394 @item @code{pick} (0x32) @var{n}: @var{a} @dots{} @var{b} => @var{a} @dots{} @var{b} @var{a}
395 Duplicate an item from the stack and push it on the top of the stack.
396 @var{n}, a single byte, indicates the stack item to copy.  If @var{n}
397 is zero, this is the same as @code{dup}; if @var{n} is one, it copies
398 the item under the top item, etc.  If @var{n} exceeds the number of
399 items on the stack, terminate with an error.
400
401 @item @code{rot} (0x33): @var{a} @var{b} @var{c} => @var{c} @var{b} @var{a}
402 Rotate the top three items on the stack.
403
404 @item @code{if_goto} (0x20) @var{offset}: @var{a} @result{}
405 Pop an integer off the stack; if it is non-zero, branch to the given
406 offset in the bytecode string.  Otherwise, continue to the next
407 instruction in the bytecode stream.  In other words, if @var{a} is
408 non-zero, set the @code{pc} register to @code{start} + @var{offset}.
409 Thus, an offset of zero denotes the beginning of the expression.
410
411 The @var{offset} is stored as a sixteen-bit unsigned value, stored
412 immediately following the @code{if_goto} bytecode.  It is always stored
413 most significant byte first, regardless of the target's normal
414 endianness.  The offset is not guaranteed to fall at any particular
415 alignment within the bytecode stream; thus, on machines where fetching a
416 16-bit on an unaligned address raises an exception, you should fetch the
417 offset one byte at a time.
418
419 @item @code{goto} (0x21) @var{offset}: @result{}
420 Branch unconditionally to @var{offset}; in other words, set the
421 @code{pc} register to @code{start} + @var{offset}.
422
423 The offset is stored in the same way as for the @code{if_goto} bytecode.
424
425 @item @code{const8} (0x22) @var{n}: @result{} @var{n}
426 @itemx @code{const16} (0x23) @var{n}: @result{} @var{n}
427 @itemx @code{const32} (0x24) @var{n}: @result{} @var{n}
428 @itemx @code{const64} (0x25) @var{n}: @result{} @var{n}
429 Push the integer constant @var{n} on the stack, without sign extension.
430 To produce a small negative value, push a small twos-complement value,
431 and then sign-extend it using the @code{ext} bytecode.
432
433 The constant @var{n} is stored in the appropriate number of bytes
434 following the @code{const}@var{b} bytecode.  The constant @var{n} is
435 always stored most significant byte first, regardless of the target's
436 normal endianness.  The constant is not guaranteed to fall at any
437 particular alignment within the bytecode stream; thus, on machines where
438 fetching a 16-bit on an unaligned address raises an exception, you
439 should fetch @var{n} one byte at a time.
440
441 @item @code{reg} (0x26) @var{n}: @result{} @var{a}
442 Push the value of register number @var{n}, without sign extension.  The
443 registers are numbered following GDB's conventions.
444
445 The register number @var{n} is encoded as a 16-bit unsigned integer
446 immediately following the @code{reg} bytecode.  It is always stored most
447 significant byte first, regardless of the target's normal endianness.
448 The register number is not guaranteed to fall at any particular
449 alignment within the bytecode stream; thus, on machines where fetching a
450 16-bit on an unaligned address raises an exception, you should fetch the
451 register number one byte at a time.
452
453 @item @code{getv} (0x2c) @var{n}: @result{} @var{v}
454 Push the value of trace state variable number @var{n}, without sign
455 extension.
456
457 The variable number @var{n} is encoded as a 16-bit unsigned integer
458 immediately following the @code{getv} bytecode.  It is always stored most
459 significant byte first, regardless of the target's normal endianness.
460 The variable number is not guaranteed to fall at any particular
461 alignment within the bytecode stream; thus, on machines where fetching a
462 16-bit on an unaligned address raises an exception, you should fetch the
463 register number one byte at a time.
464
465 @item @code{setv} (0x2d) @var{n}: @result{} @var{v}
466 Set trace state variable number @var{n} to the value found on the top
467 of the stack.  The stack is unchanged, so that the value is readily
468 available if the assignment is part of a larger expression.  The
469 handling of @var{n} is as described for @code{getv}.
470
471 @item @code{trace} (0x0c): @var{addr} @var{size} @result{}
472 Record the contents of the @var{size} bytes at @var{addr} in a trace
473 buffer, for later retrieval by GDB.
474
475 @item @code{trace_quick} (0x0d) @var{size}: @var{addr} @result{} @var{addr}
476 Record the contents of the @var{size} bytes at @var{addr} in a trace
477 buffer, for later retrieval by GDB.  @var{size} is a single byte
478 unsigned integer following the @code{trace} opcode.
479
480 This bytecode is equivalent to the sequence @code{dup const8 @var{size}
481 trace}, but we provide it anyway to save space in bytecode strings.
482
483 @item @code{trace16} (0x30) @var{size}: @var{addr} @result{} @var{addr}
484 Identical to trace_quick, except that @var{size} is a 16-bit big-endian
485 unsigned integer, not a single byte.  This should probably have been
486 named @code{trace_quick16}, for consistency.
487
488 @item @code{tracev} (0x2e) @var{n}: @result{} @var{a}
489 Record the value of trace state variable number @var{n} in the trace
490 buffer.  The handling of @var{n} is as described for @code{getv}.
491
492 @item @code{end} (0x27): @result{}
493 Stop executing bytecode; the result should be the top element of the
494 stack.  If the purpose of the expression was to compute an lvalue or a
495 range of memory, then the next-to-top of the stack is the lvalue's
496 address, and the top of the stack is the lvalue's size, in bytes.
497
498 @end table
499
500
501 @node Using Agent Expressions
502 @section Using Agent Expressions
503
504 Agent expressions can be used in several different ways by @value{GDBN},
505 and the debugger can generate different bytecode sequences as appropriate.
506
507 One possibility is to do expression evaluation on the target rather
508 than the host, such as for the conditional of a conditional
509 tracepoint.  In such a case, @value{GDBN} compiles the source
510 expression into a bytecode sequence that simply gets values from
511 registers or memory, does arithmetic, and returns a result.
512
513 Another way to use agent expressions is for tracepoint data
514 collection.  @value{GDBN} generates a different bytecode sequence for
515 collection; in addition to bytecodes that do the calculation,
516 @value{GDBN} adds @code{trace} bytecodes to save the pieces of
517 memory that were used.
518
519 @itemize @bullet
520
521 @item
522 The user selects trace points in the program's code at which GDB should
523 collect data.
524
525 @item
526 The user specifies expressions to evaluate at each trace point.  These
527 expressions may denote objects in memory, in which case those objects'
528 contents are recorded as the program runs, or computed values, in which
529 case the values themselves are recorded.
530
531 @item
532 GDB transmits the tracepoints and their associated expressions to the
533 GDB agent, running on the debugging target.
534
535 @item
536 The agent arranges to be notified when a trace point is hit.
537
538 @item
539 When execution on the target reaches a trace point, the agent evaluates
540 the expressions associated with that trace point, and records the
541 resulting values and memory ranges.
542
543 @item
544 Later, when the user selects a given trace event and inspects the
545 objects and expression values recorded, GDB talks to the agent to
546 retrieve recorded data as necessary to meet the user's requests.  If the
547 user asks to see an object whose contents have not been recorded, GDB
548 reports an error.
549
550 @end itemize
551
552
553 @node Varying Target Capabilities
554 @section Varying Target Capabilities
555
556 Some targets don't support floating-point, and some would rather not
557 have to deal with @code{long long} operations.  Also, different targets
558 will have different stack sizes, and different bytecode buffer lengths.
559
560 Thus, GDB needs a way to ask the target about itself.  We haven't worked
561 out the details yet, but in general, GDB should be able to send the
562 target a packet asking it to describe itself.  The reply should be a
563 packet whose length is explicit, so we can add new information to the
564 packet in future revisions of the agent, without confusing old versions
565 of GDB, and it should contain a version number.  It should contain at
566 least the following information:
567
568 @itemize @bullet
569
570 @item
571 whether floating point is supported
572
573 @item
574 whether @code{long long} is supported
575
576 @item
577 maximum acceptable size of bytecode stack
578
579 @item
580 maximum acceptable length of bytecode expressions
581
582 @item
583 which registers are actually available for collection
584
585 @item
586 whether the target supports disabled tracepoints
587
588 @end itemize
589
590 @node Rationale
591 @section Rationale
592
593 Some of the design decisions apparent above are arguable.
594
595 @table @b
596
597 @item What about stack overflow/underflow?
598 GDB should be able to query the target to discover its stack size.
599 Given that information, GDB can determine at translation time whether a
600 given expression will overflow the stack.  But this spec isn't about
601 what kinds of error-checking GDB ought to do.
602
603 @item Why are you doing everything in LONGEST?
604
605 Speed isn't important, but agent code size is; using LONGEST brings in a
606 bunch of support code to do things like division, etc.  So this is a
607 serious concern.
608
609 First, note that you don't need different bytecodes for different
610 operand sizes.  You can generate code without @emph{knowing} how big the
611 stack elements actually are on the target.  If the target only supports
612 32-bit ints, and you don't send any 64-bit bytecodes, everything just
613 works.  The observation here is that the MIPS and the Alpha have only
614 fixed-size registers, and you can still get C's semantics even though
615 most instructions only operate on full-sized words.  You just need to
616 make sure everything is properly sign-extended at the right times.  So
617 there is no need for 32- and 64-bit variants of the bytecodes.  Just
618 implement everything using the largest size you support.
619
620 GDB should certainly check to see what sizes the target supports, so the
621 user can get an error earlier, rather than later.  But this information
622 is not necessary for correctness.
623
624
625 @item Why don't you have @code{>} or @code{<=} operators?
626 I want to keep the interpreter small, and we don't need them.  We can
627 combine the @code{less_} opcodes with @code{log_not}, and swap the order
628 of the operands, yielding all four asymmetrical comparison operators.
629 For example, @code{(x <= y)} is @code{! (x > y)}, which is @code{! (y <
630 x)}.
631
632 @item Why do you have @code{log_not}?
633 @itemx Why do you have @code{ext}?
634 @itemx Why do you have @code{zero_ext}?
635 These are all easily synthesized from other instructions, but I expect
636 them to be used frequently, and they're simple, so I include them to
637 keep bytecode strings short.
638
639 @code{log_not} is equivalent to @code{const8 0 equal}; it's used in half
640 the relational operators.
641
642 @code{ext @var{n}} is equivalent to @code{const8 @var{s-n} lsh const8
643 @var{s-n} rsh_signed}, where @var{s} is the size of the stack elements;
644 it follows @code{ref@var{m}} and @var{reg} bytecodes when the value
645 should be signed.  See the next bulleted item.
646
647 @code{zero_ext @var{n}} is equivalent to @code{const@var{m} @var{mask}
648 log_and}; it's used whenever we push the value of a register, because we
649 can't assume the upper bits of the register aren't garbage.
650
651 @item Why not have sign-extending variants of the @code{ref} operators?
652 Because that would double the number of @code{ref} operators, and we
653 need the @code{ext} bytecode anyway for accessing bitfields.
654
655 @item Why not have constant-address variants of the @code{ref} operators?
656 Because that would double the number of @code{ref} operators again, and
657 @code{const32 @var{address} ref32} is only one byte longer.
658
659 @item Why do the @code{ref@var{n}} operators have to support unaligned fetches?
660 GDB will generate bytecode that fetches multi-byte values at unaligned
661 addresses whenever the executable's debugging information tells it to.
662 Furthermore, GDB does not know the value the pointer will have when GDB
663 generates the bytecode, so it cannot determine whether a particular
664 fetch will be aligned or not.
665
666 In particular, structure bitfields may be several bytes long, but follow
667 no alignment rules; members of packed structures are not necessarily
668 aligned either.
669
670 In general, there are many cases where unaligned references occur in
671 correct C code, either at the programmer's explicit request, or at the
672 compiler's discretion.  Thus, it is simpler to make the GDB agent
673 bytecodes work correctly in all circumstances than to make GDB guess in
674 each case whether the compiler did the usual thing.
675
676 @item Why are there no side-effecting operators?
677 Because our current client doesn't want them?  That's a cheap answer.  I
678 think the real answer is that I'm afraid of implementing function
679 calls.  We should re-visit this issue after the present contract is
680 delivered.
681
682 @item Why aren't the @code{goto} ops PC-relative?
683 The interpreter has the base address around anyway for PC bounds
684 checking, and it seemed simpler.
685
686 @item Why is there only one offset size for the @code{goto} ops?
687 Offsets are currently sixteen bits.  I'm not happy with this situation
688 either:
689
690 Suppose we have multiple branch ops with different offset sizes.  As I
691 generate code left-to-right, all my jumps are forward jumps (there are
692 no loops in expressions), so I never know the target when I emit the
693 jump opcode.  Thus, I have to either always assume the largest offset
694 size, or do jump relaxation on the code after I generate it, which seems
695 like a big waste of time.
696
697 I can imagine a reasonable expression being longer than 256 bytes.  I
698 can't imagine one being longer than 64k.  Thus, we need 16-bit offsets.
699 This kind of reasoning is so bogus, but relaxation is pathetic.
700
701 The other approach would be to generate code right-to-left.  Then I'd
702 always know my offset size.  That might be fun.
703
704 @item Where is the function call bytecode?
705
706 When we add side-effects, we should add this.
707
708 @item Why does the @code{reg} bytecode take a 16-bit register number?
709
710 Intel's IA-64 architecture has 128 general-purpose registers,
711 and 128 floating-point registers, and I'm sure it has some random
712 control registers.
713
714 @item Why do we need @code{trace} and @code{trace_quick}?
715 Because GDB needs to record all the memory contents and registers an
716 expression touches.  If the user wants to evaluate an expression
717 @code{x->y->z}, the agent must record the values of @code{x} and
718 @code{x->y} as well as the value of @code{x->y->z}.
719
720 @item Don't the @code{trace} bytecodes make the interpreter less general?
721 They do mean that the interpreter contains special-purpose code, but
722 that doesn't mean the interpreter can only be used for that purpose.  If
723 an expression doesn't use the @code{trace} bytecodes, they don't get in
724 its way.
725
726 @item Why doesn't @code{trace_quick} consume its arguments the way everything else does?
727 In general, you do want your operators to consume their arguments; it's
728 consistent, and generally reduces the amount of stack rearrangement
729 necessary.  However, @code{trace_quick} is a kludge to save space; it
730 only exists so we needn't write @code{dup const8 @var{SIZE} trace}
731 before every memory reference.  Therefore, it's okay for it not to
732 consume its arguments; it's meant for a specific context in which we
733 know exactly what it should do with the stack.  If we're going to have a
734 kludge, it should be an effective kludge.
735
736 @item Why does @code{trace16} exist?
737 That opcode was added by the customer that contracted Cygnus for the
738 data tracing work.  I personally think it is unnecessary; objects that
739 large will be quite rare, so it is okay to use @code{dup const16
740 @var{size} trace} in those cases.
741
742 Whatever we decide to do with @code{trace16}, we should at least leave
743 opcode 0x30 reserved, to remain compatible with the customer who added
744 it.
745
746 @end table