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[dwarf-doc.git] / dwarf5 / latexdoc / introduction.tex
1 \chapter{Introduction}
2 \label{chap:introduction}
3 \pagenumbering{arabic}
4 This document defines a format for describing programs to
5 facilitate user source level debugging. This description
6 can be generated by compilers, assemblers and linkage
7 editors. 
8 It can be used by debuggers and other tools. 
9 The
10 debugging information format does not favor the design of any
11 compiler or debugger. 
12 Instead, the goal is to create a method
13 of communicating an accurate picture of the source program
14 to any debugger in a form that is extensible to different
15 languages while retaining compatibility.
16   
17 The design of the
18 debugging information format is open-ended, allowing for
19 the addition of new debugging information to accommodate new
20 languages or debugger capabilities while remaining compatible
21 with other languages or different debuggers.
22
23 \section{Purpose and Scope}
24 The debugging information format described in this document is
25 designed to meet the symbolic, source-level debugging needs of
26 different languages in a unified fashion by requiring language
27 independent debugging information whenever possible.  
28 Aspects
29 of individual languages, such as \addtoindex{C++} virtual functions or
30 \addtoindex{Fortran} common 
31 \nolink{blocks}, are accommodated by creating attributes
32 that are used only for those languages. 
33 This document is
34 believed to cover most debugging information needs of 
35 \addtoindex{Ada},
36 \addtoindex{C}, \addtoindex{C++}, \addtoindex{COBOL}, 
37 and \addtoindex{Fortran}; it also covers the basic needs
38 of various other languages.
39
40 This document describes \addtoindex{DWARF Version 4},
41 the fourth generation
42 of debugging information based on the DWARF format. DWARF
43 Version 4 extends \addtoindex{DWARF Version 3}
44 in a compatible manner.
45
46 The intended audience for this document is the developers
47 of both producers and consumers of debugging information,
48 typically compilers, debuggers and other tools that need to
49 interpret a binary program in terms of its original source.
50
51
52 \section{Overview}
53
54 There are two major pieces to the description of the DWARF
55 format in this document. The first piece is the informational
56 content of the debugging entries. The second piece is the
57 way the debugging information is encoded and represented in
58 an object file.
59
60 The informational content is described in 
61 Sections \ref{chap:generaldescription} 
62 through
63 \ref{chap:otherdebugginginformation}. 
64 Section  \ref{chap:generaldescription}
65 describes the overall structure of the information
66 and attributes that is common to many or all of the different
67 debugging information entries. 
68 Sections \ref{chap:programscopeentries}, 
69 \ref{chap:dataobjectandobjectlistentries} and 
70 \ref{chap:typeentries} describe
71 the specific debugging information entries and how they
72 communicate the necessary information about the source program
73 to a debugger. 
74 Section \ref{chap:otherdebugginginformation} 
75 describes debugging information
76 contained outside of the debugging information entries. The
77 encoding of the DWARF information is presented in 
78 Section \ref{datarep:datarepresentation}.
79
80 This organization closely follows that used in the DWARF
81 Version 3 document. Except where needed to incorporate
82 new material or to correct errors, the 
83 \addtoindex{DWARF Version 3}
84 text is generally reused in this document with little or
85 no modification.
86
87 In the following sections, text in normal font describes
88 required aspects of the DWARF format.  Text in \textit{italics} is
89 explanatory or supplementary material, and not part of the
90 format definition itself. The several appendices consist only
91 of explanatory or supplementary material, and are not part
92 of the formal definition.
93 \section{Vendor Extensibility}
94
95 This document does not attempt to cover all interesting
96 languages or even to cover all of the interesting debugging
97 information needs for its primary target languages. 
98 Therefore,
99 the document provides vendors a way to define their own
100 debugging information tags, attributes, base type encodings,
101 location operations, language names, calling conventions and
102 call frame instructions by reserving a subset of the valid
103 values for these constructs for vendor specific additions
104 and defining related naming conventions. 
105 Vendors may also use
106 debugging information entries and attributes defined here in
107 new situations. 
108 Future versions of this document will not use
109 names or values reserved for vendor specific additions. 
110 All
111 names and values not reserved for vendor additions, however,
112 are reserved for future versions of this document.
113
114 \addtoindex{DWARF Version 4} is intended to be permissive rather than
115 prescriptive. 
116 Where this specification provides a means for
117 describing the source language, implementors are expected
118 to adhere to that specification. 
119 For language features that
120 are not supported, implementors may use existing attributes
121 in novel ways or add vendor-defined attributes. 
122 Implementors
123 who make extensions are strongly encouraged to design them
124 to be compatible with this specification in the absence of
125 those extensions.
126
127 The DWARF format is organized so that a consumer can skip over
128 data which it does not recognize. 
129 This may allow a consumer
130 to read and process files generated according to a later
131 version of this standard or which contain vendor extensions,
132 albeit possibly in a degraded manner.
133
134 \section{Changes from Version 4 to Version 5}
135 \addtoindexx{DWARF Version 5}
136 The following is a list of the major changes made to the DWARF Debugging Information
137 Format since Version 4 was published. The list is not meant to be exhaustive.
138 \begin{itemize}
139 \item TBD...
140 \item Added a new attribute, \DWATrank{}, to describe the dimensionality of
141 an array with dynamic rank.
142 \item Added a new tag, \DWTAGgenericsubrange{}, to describe the
143 bounds of Fortran assumed-rank arrays.
144
145 \end{itemize}
146
147 DWARF Version 5 is compatible with DWARF Version 4 except as follows:
148 \begin{itemize}
149 \item A location list entry (see Section \refersec{chap:locationlists}) with 
150 the address range (0, \doublequote{-1}) is defined as the new default location 
151 list entry.
152 \item In a string type (see Section \refersec{chap:stringtypeentries}), a \DWATbytesize{}
153 attribute is defined to always describe the size of the string type. (Previously
154 it described the size of the optional string length data field if the \DWATstringlength{}
155 attribute was present.)
156 \end{itemize}
157
158 \section{Changes from Version 3 to Version 4}
159 \addtoindexx{DWARF Version 4}
160 The following is a list of the major changes made to the DWARF Debugging Information
161 Format since Version 3 was published. The list is not meant to be exhaustive.
162 \begin{itemize}
163 \item Reformulate 
164 Section 2.6 (Location Descriptions) 
165 to better distinguish DWARF location descriptions, which
166 compute the location where a value is found (such as an address in memory or a register
167 name) from DWARF expressions, which compute a final value (such as an array bound).
168 \item Add support for bundled instructions on machine architectures where instructions do not
169 occupy a whole number of bytes.
170 \item Add a new attribute form for 
171 section offsets, \livelink{chap:DWFORMsecoffset}{DW\_FORM\_sec\_offset}, 
172 \addtoindexx{section offset}
173 to replace the use
174 of \livelink{chap:DWFORMdata4}{DW\_FORM\_data4} and \livelink{chap:DWFORMdata8}{DW\_FORM\_data8} for section offsets.
175 \item Add an attribute, \livelink{chap:DWATmainsubprogram}{DW\_AT\_main\_subprogram}, to identify the main subprogram of a
176 program.
177 \item Define default array lower bound values for each supported language.
178 \item Add a new technique using separate type units, type signatures and COMDAT sections to
179 improve compression and duplicate elimination of DWARF information.
180 \item Add support for new C++ language constructs, including rvalue references, generalized
181 constant expressions, Unicode character types and template aliases.
182 \item Clarify and generalize support for packed arrays and structures.
183 \item Add new line number table support to facilitate profile based compiler optimization.
184 \item Add additional support for template parameters in instantiations.
185 \item Add support for strongly typed enumerations in languages (such as C++) that have two
186 kinds of enumeration declarations.
187 \end{itemize}
188 \addtoindex{DWARF Version 4} is compatible with 
189 \addtoindex{DWARF Version 3} except as follows:
190 \begin{itemize}
191 \item DWARF attributes that use any of the new forms of attribute value representation (for
192 section offsets, flag compression, type signature references, and so on) cannot be read by
193 \addtoindex{DWARF Version 3}
194 consumers because the consumer will not know how to skip over the
195 unexpected form of data.
196 \item DWARF frame and line table sections include a additional fields that affect the location
197 and interpretation of other data in the section.
198 \end{itemize}
199
200 \section{Changes from Version 2 to Version 3}
201 \addtoindexx{DWARF Version 3}
202 The following is a list of the major differences between
203 Version 2 and Version 3 of the DWARF Debugging Information
204 Format. The list is not meant to be exhaustive.
205 \begin{itemize}
206 \item
207 Make provision for DWARF information files that are larger
208 than 4 GBytes.
209 \item
210 Allow attributes to refer to debugging information entries
211 in other shared libraries.
212 \item
213 Add support for \addtoindex{Fortran 90} modules as well as allocatable
214 array and pointer types.
215 \item
216 Add additional base types for \addtoindex{C} (as revised for 1999).
217 \item
218 Add support for \addtoindex{Java} and \addtoindex{COBOL}.
219 \item
220 Add namespace support for \addtoindex{C++}.
221 \item
222 Add an optional section for global type names (similar to
223 the global section for objects and functions).
224 \item
225 Adopt \addtoindex{UTF-8} as the preferred representation of program name strings.
226 \item
227 Add improved support for optimized code (discontiguous
228 scopes, end of prologue determination, multiple section
229 code generation).  
230 \item Improve the ability to eliminate
231 duplicate DWARF information during linking.  
232 \end{itemize}
233
234 \addtoindex{DWARF Version 3}
235 is compatible with 
236 \addtoindex{DWARF Version 2} except as follows:
237 \begin{itemize}
238 \item
239 Certain very large values of the initial length fields that
240 begin DWARF sections as well as certain structures are reserved
241 to act as escape codes for future extension; one such extension
242 is defined to increase the possible size of DWARF descriptions
243 (see Section \refersec{datarep:32bitand64bitdwarfformats}).
244 \item
245 References that use the attribute form 
246 \livelink{chap:DWFORMrefaddr}{DW\_FORM\_ref\_addr}
247 are specified to be four bytes in the DWARF 32-bit format and
248 eight bytes in the DWARF 64-bit format, while 
249 \addtoindex{DWARF Version 2} 
250 specifies that such references have the same size as an
251 address on the target system (see Sections 
252 \refersec{datarep:32bitand64bitdwarfformats} and 
253 \refersec{datarep:attributeencodings}).
254 \item
255 The return\_address\_register field in a Common Information
256 Entry record for call frame information is changed to unsigned
257 LEB representation (see Section 
258 \refersec{chap:structureofcallframeinformation}).
259 \end{itemize}
260
261 \section{Changes from Version 1 to Version 2}
262 \addtoindex{DWARF Version 2} 
263 describes the second generation of debugging
264 information based on the DWARF format. While 
265 \addtoindex{DWARF Version 2}
266 provides new debugging information not available in
267 Version 1, the primary focus of the changes for Version
268 2 is the representation of the information, rather than
269 the information content itself. The basic structure of
270 the Version 2 format remains as in Version 1: the debugging
271 information is represented as a series of debugging information
272 entries, each containing one or more attributes (name/value
273 pairs). The Version 2 representation, however, is much more
274 compact than the Version 1 representation. In some cases,
275 this greater density has been achieved at the expense of
276 additional complexity or greater difficulty in producing and
277 processing the DWARF information. The definers believe that the
278 reduction in I/O and in memory paging should more than make
279 up for any increase in processing time.  
280
281 The representation
282 of information changed from Version 1 to Version 2, so that
283 Version 2 DWARF information is not binary compatible with
284 Version 1 information. To make it easier for consumers to
285 support both Version 1 and Version 2 DWARF information, the
286 Version 2 information has been moved to a different object
287 file section, \dotdebuginfo{}.  
288
289 \textit{
290 A summary of the major changes made in 
291 \addtoindex{DWARF Version 2}
292 compared to the DWARF Version 1 may be found in the 
293 \addtoindex{DWARF Version 2}
294 document.
295 }
296