Changes from review comments and July 15 meeting, except changes
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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.
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.
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.
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.
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.
52 \section{Overview}
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.
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}.
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.
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}
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.
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.
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.
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 OTHERS TBD...
140 \item Add a split object file and package representations to allow most 
141 DWARF information to be compacted and/or kept separate from an executable 
142 or shared image. This includes new sections 
143 \dotdebugaddr, \dotdebugstroffsets, \dotdebugabbrevdwo, \dotdebuginfodwo, 
144 \dotdebuglinedwo, \dotdebuglocdwo, \dotdebugmacrodwo, \dotdebugstrdwo,
145 \dotdebugstroffsetsdwo, \dotdebugcuindex{} and \dotdebugtuindex{} 
146 together with new forms of attribute value for referencing these sections.
147 This enhances DWARF support for very large programs.
148 \item Replace the \dotdebugmacinfo{} macro information representation with
149 a much more compact \dotdebugmacro{} representation.
150 \item Add a new debugging information entry and related attributes and
151 DWARF expression operators for describing call information, 
152 including identification of tail calls and tail recursion.
153 \item Add a new attribute, \DWATnoreturn{}, to identify a subprogram that 
154 does not return to its caller.
155 \item Add a new attribute, \DWATrank{}, to describe the dimensionality of
156 an array with dynamic rank.
157 \item Add a new tag, \DWTAGgenericsubrange{}, to describe the
158 bounds of Fortran assumed-rank arrays.
159 \item Add language codes for C 2011, C++ 2003, C++ 2011, Dylan, Go, Haskell, 
160 Julia, Modula 3, Ocaml, Rust, OpenCL and Swift.
161 \end{itemize}
163 DWARF Version 5 is compatible with DWARF Version 4 except as follows:
164 \begin{itemize}
165 \item A location list entry (see Section \refersec{chap:locationlists}) with 
166 the address range \mbox{(0, \doublequote{-1})} is defined as the new default location 
167 list entry.
168 \item In a string type (see Section \refersec{chap:stringtypeentries}), a \DWATbytesize{}
169 attribute is defined to always describe the size of the string type. (Previously
170 it described the size of the optional string length data field if the \DWATstringlength{}
171 attribute was present.)
172 \item The macro information representation is completely new; however, producers 
173 and consumers can optionally continue to support the older representation. While
174 the two representations cannot both be used in the same compilation unit, they can
175 co-exist in executable or shared images.
176 \end{itemize}
178 \needlines{4}
179 \section{Changes from Version 3 to Version 4}
180 \addtoindexx{DWARF Version 4}
181 The following is a list of the major changes made to the DWARF Debugging Information
182 Format since Version 3 was published. The list is not meant to be exhaustive.
183 \begin{itemize}
184 \item Reformulate 
185 Section 2.6 (Location Descriptions) 
186 to better distinguish DWARF location descriptions, which
187 compute the location where a value is found (such as an address in memory or a register
188 name) from DWARF expressions, which compute a final value (such as an array bound).
189 \item Add support for bundled instructions on machine architectures where instructions do not
190 occupy a whole number of bytes.
191 \item Add a new attribute form for 
192 section offsets, \DWFORMsecoffset, 
193 \addtoindexx{section offset}
194 to replace the use
195 of \DWFORMdatafour{} and \DWFORMdataeight{} for section offsets.
196 \item Add an attribute, \DWATmainsubprogram, to identify the main subprogram of a
197 program.
198 \item Define default array lower bound values for each supported language.
199 \item Add a new technique using separate type units, type signatures and \COMDAT{} sections to
200 improve compression and duplicate elimination of DWARF information.
201 \item Add support for new \addtoindex{C++} language constructs, including rvalue references, generalized
202 constant expressions, Unicode character types and template aliases.
203 \item Clarify and generalize support for packed arrays and structures.
204 \item Add new line number table support to facilitate profile based compiler optimization.
205 \item Add additional support for template parameters in instantiations.
206 \item Add support for strongly typed enumerations in languages (such as \addtoindex{C++}) that have two
207 kinds of enumeration declarations.
208 \end{itemize}
209 \addtoindex{DWARF Version 4} is compatible with 
210 \addtoindex{DWARF Version 3} except as follows:
211 \begin{itemize}
212 \item DWARF attributes that use any of the new forms of attribute value representation (for
213 section offsets, flag compression, type signature references, and so on) cannot be read by
214 \addtoindex{DWARF Version 3}
215 consumers because the consumer will not know how to skip over the
216 unexpected form of data.
217 \item DWARF frame and line table sections include a additional fields that affect the location
218 and interpretation of other data in the section.
219 \end{itemize}
221 \section{Changes from Version 2 to Version 3}
222 \addtoindexx{DWARF Version 3}
223 The following is a list of the major differences between
224 Version 2 and Version 3 of the DWARF Debugging Information
225 Format. The list is not meant to be exhaustive.
226 \begin{itemize}
227 \item
228 Make provision for DWARF information files that are larger
229 than 4 GBytes.
230 \item
231 Allow attributes to refer to debugging information entries
232 in other shared libraries.
233 \item
234 Add support for \addtoindex{Fortran 90} modules as well as allocatable
235 array and pointer types.
236 \item
237 Add additional base types for \addtoindex{C} (as revised for 1999).
238 \item
239 Add support for \addtoindex{Java} and \addtoindex{COBOL}.
240 \item
241 Add namespace support for \addtoindex{C++}.
242 \item
243 Add an optional section for global type names (similar to
244 the global section for objects and functions).
245 \item
246 Adopt \addtoindex{UTF-8} as the preferred representation of program name strings.
247 \item
248 Add improved support for optimized code (discontiguous
249 scopes, end of prologue determination, multiple section
250 code generation).  
251 \item Improve the ability to eliminate
252 duplicate DWARF information during linking.  
253 \end{itemize}
255 \addtoindex{DWARF Version 3}
256 is compatible with 
257 \addtoindex{DWARF Version 2} except as follows:
258 \begin{itemize}
259 \item
260 Certain very large values of the initial length fields that
261 begin DWARF sections as well as certain structures are reserved
262 to act as escape codes for future extension; one such extension
263 is defined to increase the possible size of DWARF descriptions
264 (see Section \refersec{datarep:32bitand64bitdwarfformats}).
265 \item
266 References that use the attribute form 
267 \DWFORMrefaddr{}
268 are specified to be four bytes in the DWARF 32-bit format and
269 eight bytes in the DWARF 64-bit format, while 
270 \addtoindex{DWARF Version 2} 
271 specifies that such references have the same size as an
272 address on the target system (see Sections 
273 \refersec{datarep:32bitand64bitdwarfformats} and 
274 \refersec{datarep:attributeencodings}).
275 \item
276 The return\_address\_register field in a Common Information
277 Entry record for call frame information is changed to unsigned
278 LEB representation (see Section 
279 \refersec{chap:structureofcallframeinformation}).
280 \end{itemize}
282 \section{Changes from Version 1 to Version 2}
283 \addtoindex{DWARF Version 2} 
284 describes the second generation of debugging
285 information based on the DWARF format. While 
286 \addtoindex{DWARF Version 2}
287 provides new debugging information not available in
288 Version 1, the primary focus of the changes for Version
289 2 is the representation of the information, rather than
290 the information content itself. The basic structure of
291 the Version 2 format remains as in Version 1: the debugging
292 information is represented as a series of debugging information
293 entries, each containing one or more attributes (name/value
294 pairs). The Version 2 representation, however, is much more
295 compact than the Version 1 representation. In some cases,
296 this greater density has been achieved at the expense of
297 additional complexity or greater difficulty in producing and
298 processing the DWARF information. The definers believe that the
299 reduction in I/O and in memory paging should more than make
300 up for any increase in processing time.  
302 The representation
303 of information changed from Version 1 to Version 2, so that
304 Version 2 DWARF information is not binary compatible with
305 Version 1 information. To make it easier for consumers to
306 support both Version 1 and Version 2 DWARF information, the
307 Version 2 information has been moved to a different object
308 file section, \dotdebuginfo{}.  
310 \textit{
311 A summary of the major changes made in 
312 \addtoindex{DWARF Version 2}
313 compared to the DWARF Version 1 may be found in the 
314 \addtoindex{DWARF Version 2}
315 document.
316 }