include/llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h

   1 //===- TargetTransformInfo.h ------------------------------------*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 /// \file
  10 /// This pass exposes codegen information to IR-level passes. Every
  11 /// transformation that uses codegen information is broken into three parts:
  12 /// 1. The IR-level analysis pass.
  13 /// 2. The IR-level transformation interface which provides the needed
  14 ///    information.
  15 /// 3. Codegen-level implementation which uses target-specific hooks.
  16 ///
  17 /// This file defines #2, which is the interface that IR-level transformations
  18 /// use for querying the codegen.
  19 ///
  20 //===----------------------------------------------------------------------===//
  21
  22 #ifndef LLVM_ANALYSIS_TARGETTRANSFORMINFO_H
  23 #define LLVM_ANALYSIS_TARGETTRANSFORMINFO_H
  24
  25 #include "llvm/ADT/Optional.h"
  26 #include "llvm/IR/IntrinsicInst.h"
  27 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
  28 #include "llvm/Pass.h"
  29 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
  30 #include <functional>
  31
  32 namespace llvm {
  33
  34 class Function;
  35 class GlobalValue;
  36 class Loop;
  37 class PreservedAnalyses;
  38 class Type;
  39 class User;
  40 class Value;
  41
  42 /// \brief Information about a load/store intrinsic defined by the target.
  43 struct MemIntrinsicInfo {
  44   MemIntrinsicInfo()
  45       : ReadMem(false), WriteMem(false), Vol(false), MatchingId(0),
  46         NumMemRefs(0), PtrVal(nullptr) {}
  47   bool ReadMem;
  48   bool WriteMem;
  49   bool Vol;
  50   // Same Id is set by the target for corresponding load/store intrinsics.
  51   unsigned short MatchingId;
  52   int NumMemRefs;
  53   Value *PtrVal;
  54 };
  55
  56 /// \brief This pass provides access to the codegen interfaces that are needed
  57 /// for IR-level transformations.
  58 class TargetTransformInfo {
  59 public:
  60   /// \brief Construct a TTI object using a type implementing the \c Concept
  61   /// API below.
  62   ///
  63   /// This is used by targets to construct a TTI wrapping their target-specific
  64   /// implementaion that encodes appropriate costs for their target.
  65   template <typename T> TargetTransformInfo(T Impl);
  66
  67   /// \brief Construct a baseline TTI object using a minimal implementation of
  68   /// the \c Concept API below.
  69   ///
  70   /// The TTI implementation will reflect the information in the DataLayout
  71   /// provided if non-null.
  72   explicit TargetTransformInfo(const DataLayout &DL);
  73
  74   // Provide move semantics.
  75   TargetTransformInfo(TargetTransformInfo &&Arg);
  76   TargetTransformInfo &operator=(TargetTransformInfo &&RHS);
  77
  78   // We need to define the destructor out-of-line to define our sub-classes
  79   // out-of-line.
  80   ~TargetTransformInfo();
  81
  82   /// \brief Handle the invalidation of this information.
  83   ///
  84   /// When used as a result of \c TargetIRAnalysis this method will be called
  85   /// when the function this was computed for changes. When it returns false,
  86   /// the information is preserved across those changes.
  87   bool invalidate(Function &, const PreservedAnalyses &) {
  88     // FIXME: We should probably in some way ensure that the subtarget
  89     // information for a function hasn't changed.
  90     return false;
  91   }
  92
  93   /// \name Generic Target Information
  94   /// @{
  95
  96   /// \brief Underlying constants for 'cost' values in this interface.
  97   ///
  98   /// Many APIs in this interface return a cost. This enum defines the
  99   /// fundamental values that should be used to interpret (and produce) those
 100   /// costs. The costs are returned as an int rather than a member of this
 101   /// enumeration because it is expected that the cost of one IR instruction
 102   /// may have a multiplicative factor to it or otherwise won't fit directly
 103   /// into the enum. Moreover, it is common to sum or average costs which works
 104   /// better as simple integral values. Thus this enum only provides constants.
 105   /// Also note that the returned costs are signed integers to make it natural
 106   /// to add, subtract, and test with zero (a common boundary condition). It is
 107   /// not expected that 2^32 is a realistic cost to be modeling at any point.
 108   ///
 109   /// Note that these costs should usually reflect the intersection of code-size
 110   /// cost and execution cost. A free instruction is typically one that folds
 111   /// into another instruction. For example, reg-to-reg moves can often be
 112   /// skipped by renaming the registers in the CPU, but they still are encoded
 113   /// and thus wouldn't be considered 'free' here.
 114   enum TargetCostConstants {
 115     TCC_Free = 0,     ///< Expected to fold away in lowering.
 116     TCC_Basic = 1,    ///< The cost of a typical 'add' instruction.
 117     TCC_Expensive = 4 ///< The cost of a 'div' instruction on x86.
 118   };
 119
 120   /// \brief Estimate the cost of a specific operation when lowered.
 121   ///
 122   /// Note that this is designed to work on an arbitrary synthetic opcode, and
 123   /// thus work for hypothetical queries before an instruction has even been
 124   /// formed. However, this does *not* work for GEPs, and must not be called
 125   /// for a GEP instruction. Instead, use the dedicated getGEPCost interface as
 126   /// analyzing a GEP's cost required more information.
 127   ///
 128   /// Typically only the result type is required, and the operand type can be
 129   /// omitted. However, if the opcode is one of the cast instructions, the
 130   /// operand type is required.
 131   ///
 132   /// The returned cost is defined in terms of \c TargetCostConstants, see its
 133   /// comments for a detailed explanation of the cost values.
 134   int getOperationCost(unsigned Opcode, Type *Ty, Type *OpTy = nullptr) const;
 135
 136   /// \brief Estimate the cost of a GEP operation when lowered.
 137   ///
 138   /// The contract for this function is the same as \c getOperationCost except
 139   /// that it supports an interface that provides extra information specific to
 140   /// the GEP operation.
 141   int getGEPCost(Type *PointeeType, const Value *Ptr,
 142                  ArrayRef<const Value *> Operands) const;
 143
 144   /// \brief Estimate the cost of a function call when lowered.
 145   ///
 146   /// The contract for this is the same as \c getOperationCost except that it
 147   /// supports an interface that provides extra information specific to call
 148   /// instructions.
 149   ///
 150   /// This is the most basic query for estimating call cost: it only knows the
 151   /// function type and (potentially) the number of arguments at the call site.
 152   /// The latter is only interesting for varargs function types.
 153   int getCallCost(FunctionType *FTy, int NumArgs = -1) const;
 154
 155   /// \brief Estimate the cost of calling a specific function when lowered.
 156   ///
 157   /// This overload adds the ability to reason about the particular function
 158   /// being called in the event it is a library call with special lowering.
 159   int getCallCost(const Function *F, int NumArgs = -1) const;
 160
 161   /// \brief Estimate the cost of calling a specific function when lowered.
 162   ///
 163   /// This overload allows specifying a set of candidate argument values.
 164   int getCallCost(const Function *F, ArrayRef<const Value *> Arguments) const;
 165
 166   /// \brief Estimate the cost of an intrinsic when lowered.
 167   ///
 168   /// Mirrors the \c getCallCost method but uses an intrinsic identifier.
 169   int getIntrinsicCost(Intrinsic::ID IID, Type *RetTy,
 170                        ArrayRef<Type *> ParamTys) const;
 171
 172   /// \brief Estimate the cost of an intrinsic when lowered.
 173   ///
 174   /// Mirrors the \c getCallCost method but uses an intrinsic identifier.
 175   int getIntrinsicCost(Intrinsic::ID IID, Type *RetTy,
 176                        ArrayRef<const Value *> Arguments) const;
 177
 178   /// \brief Estimate the cost of a given IR user when lowered.
 179   ///
 180   /// This can estimate the cost of either a ConstantExpr or Instruction when
 181   /// lowered. It has two primary advantages over the \c getOperationCost and
 182   /// \c getGEPCost above, and one significant disadvantage: it can only be
 183   /// used when the IR construct has already been formed.
 184   ///
 185   /// The advantages are that it can inspect the SSA use graph to reason more
 186   /// accurately about the cost. For example, all-constant-GEPs can often be
 187   /// folded into a load or other instruction, but if they are used in some
 188   /// other context they may not be folded. This routine can distinguish such
 189   /// cases.
 190   ///
 191   /// The returned cost is defined in terms of \c TargetCostConstants, see its
 192   /// comments for a detailed explanation of the cost values.
 193   int getUserCost(const User *U) const;
 194
 195   /// \brief Return true if branch divergence exists.
 196   ///
 197   /// Branch divergence has a significantly negative impact on GPU performance
 198   /// when threads in the same wavefront take different paths due to conditional
 199   /// branches.
 200   bool hasBranchDivergence() const;
 201
 202   /// \brief Returns whether V is a source of divergence.
 203   ///
 204   /// This function provides the target-dependent information for
 205   /// the target-independent DivergenceAnalysis. DivergenceAnalysis first
 206   /// builds the dependency graph, and then runs the reachability algorithm
 207   /// starting with the sources of divergence.
 208   bool isSourceOfDivergence(const Value *V) const;
 209
 210   /// \brief Test whether calls to a function lower to actual program function
 211   /// calls.
 212   ///
 213   /// The idea is to test whether the program is likely to require a 'call'
 214   /// instruction or equivalent in order to call the given function.
 215   ///
 216   /// FIXME: It's not clear that this is a good or useful query API. Client's
 217   /// should probably move to simpler cost metrics using the above.
 218   /// Alternatively, we could split the cost interface into distinct code-size
 219   /// and execution-speed costs. This would allow modelling the core of this
 220   /// query more accurately as a call is a single small instruction, but
 221   /// incurs significant execution cost.
 222   bool isLoweredToCall(const Function *F) const;
 223
 224   /// Parameters that control the generic loop unrolling transformation.
 225   struct UnrollingPreferences {
 226     /// The cost threshold for the unrolled loop. Should be relative to the
 227     /// getUserCost values returned by this API, and the expectation is that
 228     /// the unrolled loop's instructions when run through that interface should
 229     /// not exceed this cost. However, this is only an estimate. Also, specific
 230     /// loops may be unrolled even with a cost above this threshold if deemed
 231     /// profitable. Set this to UINT_MAX to disable the loop body cost
 232     /// restriction.
 233     unsigned Threshold;
 234     /// If complete unrolling will reduce the cost of the loop below its
 235     /// expected dynamic cost while rolled by this percentage, apply a discount
 236     /// (below) to its unrolled cost.
 237     unsigned PercentDynamicCostSavedThreshold;
 238     /// The discount applied to the unrolled cost when the *dynamic* cost
 239     /// savings of unrolling exceed the \c PercentDynamicCostSavedThreshold.
 240     unsigned DynamicCostSavingsDiscount;
 241     /// The cost threshold for the unrolled loop when optimizing for size (set
 242     /// to UINT_MAX to disable).
 243     unsigned OptSizeThreshold;
 244     /// The cost threshold for the unrolled loop, like Threshold, but used
 245     /// for partial/runtime unrolling (set to UINT_MAX to disable).
 246     unsigned PartialThreshold;
 247     /// The cost threshold for the unrolled loop when optimizing for size, like
 248     /// OptSizeThreshold, but used for partial/runtime unrolling (set to
 249     /// UINT_MAX to disable).
 250     unsigned PartialOptSizeThreshold;
 251     /// A forced unrolling factor (the number of concatenated bodies of the
 252     /// original loop in the unrolled loop body). When set to 0, the unrolling
 253     /// transformation will select an unrolling factor based on the current cost
 254     /// threshold and other factors.
 255     unsigned Count;
 256     // Set the maximum unrolling factor. The unrolling factor may be selected
 257     // using the appropriate cost threshold, but may not exceed this number
 258     // (set to UINT_MAX to disable). This does not apply in cases where the
 259     // loop is being fully unrolled.
 260     unsigned MaxCount;
 261     /// Allow partial unrolling (unrolling of loops to expand the size of the
 262     /// loop body, not only to eliminate small constant-trip-count loops).
 263     bool Partial;
 264     /// Allow runtime unrolling (unrolling of loops to expand the size of the
 265     /// loop body even when the number of loop iterations is not known at
 266     /// compile time).
 267     bool Runtime;
 268     /// Allow emitting expensive instructions (such as divisions) when computing
 269     /// the trip count of a loop for runtime unrolling.
 270     bool AllowExpensiveTripCount;
 271   };
 272
 273   /// \brief Get target-customized preferences for the generic loop unrolling
 274   /// transformation. The caller will initialize UP with the current
 275   /// target-independent defaults.
 276   void getUnrollingPreferences(Loop *L, UnrollingPreferences &UP) const;
 277
 278   /// @}
 279
 280   /// \name Scalar Target Information
 281   /// @{
 282
 283   /// \brief Flags indicating the kind of support for population count.
 284   ///
 285   /// Compared to the SW implementation, HW support is supposed to
 286   /// significantly boost the performance when the population is dense, and it
 287   /// may or may not degrade performance if the population is sparse. A HW
 288   /// support is considered as "Fast" if it can outperform, or is on a par
 289   /// with, SW implementation when the population is sparse; otherwise, it is
 290   /// considered as "Slow".
 291   enum PopcntSupportKind { PSK_Software, PSK_SlowHardware, PSK_FastHardware };
 292
 293   /// \brief Return true if the specified immediate is legal add immediate, that
 294   /// is the target has add instructions which can add a register with the
 295   /// immediate without having to materialize the immediate into a register.
 296   bool isLegalAddImmediate(int64_t Imm) const;
 297
 298   /// \brief Return true if the specified immediate is legal icmp immediate,
 299   /// that is the target has icmp instructions which can compare a register
 300   /// against the immediate without having to materialize the immediate into a
 301   /// register.
 302   bool isLegalICmpImmediate(int64_t Imm) const;
 303
 304   /// \brief Return true if the addressing mode represented by AM is legal for
 305   /// this target, for a load/store of the specified type.
 306   /// The type may be VoidTy, in which case only return true if the addressing
 307   /// mode is legal for a load/store of any legal type.
 308   /// TODO: Handle pre/postinc as well.
 309   bool isLegalAddressingMode(Type *Ty, GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
 310                              bool HasBaseReg, int64_t Scale,
 311                              unsigned AddrSpace = 0) const;
 312
 313   /// \brief Return true if the target supports masked load/store
 314   /// AVX2 and AVX-512 targets allow masks for consecutive load and store for
 315   /// 32 and 64 bit elements.
 316   bool isLegalMaskedStore(Type *DataType) const;
 317   bool isLegalMaskedLoad(Type *DataType) const;
 318
 319   /// \brief Return true if the target supports masked gather/scatter
 320   /// AVX-512 fully supports gather and scatter for vectors with 32 and 64
 321   /// bits scalar type.
 322   bool isLegalMaskedScatter(Type *DataType) const;
 323   bool isLegalMaskedGather(Type *DataType) const;
 324
 325   /// \brief Return the cost of the scaling factor used in the addressing
 326   /// mode represented by AM for this target, for a load/store
 327   /// of the specified type.
 328   /// If the AM is supported, the return value must be >= 0.
 329   /// If the AM is not supported, it returns a negative value.
 330   /// TODO: Handle pre/postinc as well.
 331   int getScalingFactorCost(Type *Ty, GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
 332                            bool HasBaseReg, int64_t Scale,
 333                            unsigned AddrSpace = 0) const;
 334
 335   /// \brief Return true if it's free to truncate a value of type Ty1 to type
 336   /// Ty2. e.g. On x86 it's free to truncate a i32 value in register EAX to i16
 337   /// by referencing its sub-register AX.
 338   bool isTruncateFree(Type *Ty1, Type *Ty2) const;
 339
 340   /// \brief Return true if it's free to zero extend a value of type Ty1 to type
 341   /// Ty2. e.g. on x86-64, all instructions that define 32-bit values implicit
 342   /// zero-extend the result out to 64 bits.
 343   bool isZExtFree(Type *Ty1, Type *Ty2) const;
 344
 345   /// \brief Return true if it is profitable to hoist instruction in the
 346   /// then/else to before if.
 347   bool isProfitableToHoist(Instruction *I) const;
 348
 349   /// \brief Return true if this type is legal.
 350   bool isTypeLegal(Type *Ty) const;
 351
 352   /// \brief Returns the target's jmp_buf alignment in bytes.
 353   unsigned getJumpBufAlignment() const;
 354
 355   /// \brief Returns the target's jmp_buf size in bytes.
 356   unsigned getJumpBufSize() const;
 357
 358   /// \brief Return true if switches should be turned into lookup tables for the
 359   /// target.
 360   bool shouldBuildLookupTables() const;
 361
 362   /// \brief Don't restrict interleaved unrolling to small loops.
 363   bool enableAggressiveInterleaving(bool LoopHasReductions) const;
 364
 365   /// \brief Enable matching of interleaved access groups.
 366   bool enableInterleavedAccessVectorization() const;
 367
 368   /// \brief Return hardware support for population count.
 369   PopcntSupportKind getPopcntSupport(unsigned IntTyWidthInBit) const;
 370
 371   /// \brief Return true if the hardware has a fast square-root instruction.
 372   bool haveFastSqrt(Type *Ty) const;
 373
 374   /// \brief Return the expected cost of supporting the floating point operation
 375   /// of the specified type.
 376   int getFPOpCost(Type *Ty) const;
 377
 378   /// \brief Return the expected cost of materializing for the given integer
 379   /// immediate of the specified type.
 380   int getIntImmCost(const APInt &Imm, Type *Ty) const;
 381
 382   /// \brief Return the expected cost of materialization for the given integer
 383   /// immediate of the specified type for a given instruction. The cost can be
 384   /// zero if the immediate can be folded into the specified instruction.
 385   int getIntImmCost(unsigned Opc, unsigned Idx, const APInt &Imm,
 386                     Type *Ty) const;
 387   int getIntImmCost(Intrinsic::ID IID, unsigned Idx, const APInt &Imm,
 388                     Type *Ty) const;
 389   /// @}
 390
 391   /// \name Vector Target Information
 392   /// @{
 393
 394   /// \brief The various kinds of shuffle patterns for vector queries.
 395   enum ShuffleKind {
 396     SK_Broadcast,       ///< Broadcast element 0 to all other elements.
 397     SK_Reverse,         ///< Reverse the order of the vector.
 398     SK_Alternate,       ///< Choose alternate elements from vector.
 399     SK_InsertSubvector, ///< InsertSubvector. Index indicates start offset.
 400     SK_ExtractSubvector ///< ExtractSubvector Index indicates start offset.
 401   };
 402
 403   /// \brief Additional information about an operand's possible values.
 404   enum OperandValueKind {
 405     OK_AnyValue,               // Operand can have any value.
 406     OK_UniformValue,           // Operand is uniform (splat of a value).
 407     OK_UniformConstantValue,   // Operand is uniform constant.
 408     OK_NonUniformConstantValue // Operand is a non uniform constant value.
 409   };
 410
 411   /// \brief Additional properties of an operand's values.
 412   enum OperandValueProperties { OP_None = 0, OP_PowerOf2 = 1 };
 413
 414   /// \return The number of scalar or vector registers that the target has.
 415   /// If 'Vectors' is true, it returns the number of vector registers. If it is
 416   /// set to false, it returns the number of scalar registers.
 417   unsigned getNumberOfRegisters(bool Vector) const;
 418
 419   /// \return The width of the largest scalar or vector register type.
 420   unsigned getRegisterBitWidth(bool Vector) const;
 421
 422   /// \return The maximum interleave factor that any transform should try to
 423   /// perform for this target. This number depends on the level of parallelism
 424   /// and the number of execution units in the CPU.
 425   unsigned getMaxInterleaveFactor(unsigned VF) const;
 426
 427   /// \return The expected cost of arithmetic ops, such as mul, xor, fsub, etc.
 428   int getArithmeticInstrCost(
 429       unsigned Opcode, Type *Ty, OperandValueKind Opd1Info = OK_AnyValue,
 430       OperandValueKind Opd2Info = OK_AnyValue,
 431       OperandValueProperties Opd1PropInfo = OP_None,
 432       OperandValueProperties Opd2PropInfo = OP_None) const;
 433
 434   /// \return The cost of a shuffle instruction of kind Kind and of type Tp.
 435   /// The index and subtype parameters are used by the subvector insertion and
 436   /// extraction shuffle kinds.
 437   int getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp, int Index = 0,
 438                      Type *SubTp = nullptr) const;
 439
 440   /// \return The expected cost of cast instructions, such as bitcast, trunc,
 441   /// zext, etc.
 442   int getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst, Type *Src) const;
 443
 444   /// \return The expected cost of control-flow related instructions such as
 445   /// Phi, Ret, Br.
 446   int getCFInstrCost(unsigned Opcode) const;
 447
 448   /// \returns The expected cost of compare and select instructions.
 449   int getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
 450                          Type *CondTy = nullptr) const;
 451
 452   /// \return The expected cost of vector Insert and Extract.
 453   /// Use -1 to indicate that there is no information on the index value.
 454   int getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val, unsigned Index = -1) const;
 455
 456   /// \return The cost of Load and Store instructions.
 457   int getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src, unsigned Alignment,
 458                       unsigned AddressSpace) const;
 459
 460   /// \return The cost of masked Load and Store instructions.
 461   int getMaskedMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src, unsigned Alignment,
 462                             unsigned AddressSpace) const;
 463
 464   /// \return The cost of the interleaved memory operation.
 465   /// \p Opcode is the memory operation code
 466   /// \p VecTy is the vector type of the interleaved access.
 467   /// \p Factor is the interleave factor
 468   /// \p Indices is the indices for interleaved load members (as interleaved
 469   ///    load allows gaps)
 470   /// \p Alignment is the alignment of the memory operation
 471   /// \p AddressSpace is address space of the pointer.
 472   int getInterleavedMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *VecTy, unsigned Factor,
 473                                  ArrayRef<unsigned> Indices, unsigned Alignment,
 474                                  unsigned AddressSpace) const;
 475
 476   /// \brief Calculate the cost of performing a vector reduction.
 477   ///
 478   /// This is the cost of reducing the vector value of type \p Ty to a scalar
 479   /// value using the operation denoted by \p Opcode. The form of the reduction
 480   /// can either be a pairwise reduction or a reduction that splits the vector
 481   /// at every reduction level.
 482   ///
 483   /// Pairwise:
 484   ///  (v0, v1, v2, v3)
 485   ///  ((v0+v1), (v2, v3), undef, undef)
 486   /// Split:
 487   ///  (v0, v1, v2, v3)
 488   ///  ((v0+v2), (v1+v3), undef, undef)
 489   int getReductionCost(unsigned Opcode, Type *Ty, bool IsPairwiseForm) const;
 490
 491   /// \returns The cost of Intrinsic instructions.
 492   int getIntrinsicInstrCost(Intrinsic::ID ID, Type *RetTy,
 493                             ArrayRef<Type *> Tys) const;
 494
 495   /// \returns The cost of Call instructions.
 496   int getCallInstrCost(Function *F, Type *RetTy, ArrayRef<Type *> Tys) const;
 497
 498   /// \returns The number of pieces into which the provided type must be
 499   /// split during legalization. Zero is returned when the answer is unknown.
 500   unsigned getNumberOfParts(Type *Tp) const;
 501
 502   /// \returns The cost of the address computation. For most targets this can be
 503   /// merged into the instruction indexing mode. Some targets might want to
 504   /// distinguish between address computation for memory operations on vector
 505   /// types and scalar types. Such targets should override this function.
 506   /// The 'IsComplex' parameter is a hint that the address computation is likely
 507   /// to involve multiple instructions and as such unlikely to be merged into
 508   /// the address indexing mode.
 509   int getAddressComputationCost(Type *Ty, bool IsComplex = false) const;
 510
 511   /// \returns The cost, if any, of keeping values of the given types alive
 512   /// over a callsite.
 513   ///
 514   /// Some types may require the use of register classes that do not have
 515   /// any callee-saved registers, so would require a spill and fill.
 516   unsigned getCostOfKeepingLiveOverCall(ArrayRef<Type *> Tys) const;
 517
 518   /// \returns True if the intrinsic is a supported memory intrinsic.  Info
 519   /// will contain additional information - whether the intrinsic may write
 520   /// or read to memory, volatility and the pointer.  Info is undefined
 521   /// if false is returned.
 522   bool getTgtMemIntrinsic(IntrinsicInst *Inst, MemIntrinsicInfo &Info) const;
 523
 524   /// \returns A value which is the result of the given memory intrinsic.  New
 525   /// instructions may be created to extract the result from the given intrinsic
 526   /// memory operation.  Returns nullptr if the target cannot create a result
 527   /// from the given intrinsic.
 528   Value *getOrCreateResultFromMemIntrinsic(IntrinsicInst *Inst,
 529                                            Type *ExpectedType) const;
 530
 531   /// \returns True if the two functions have compatible attributes for inlining
 532   /// purposes.
 533   bool areInlineCompatible(const Function *Caller,
 534                            const Function *Callee) const;
 535
 536   /// @}
 537
 538 private:
 539   /// \brief The abstract base class used to type erase specific TTI
 540   /// implementations.
 541   class Concept;
 542
 543   /// \brief The template model for the base class which wraps a concrete
 544   /// implementation in a type erased interface.
 545   template <typename T> class Model;
 546
 547   std::unique_ptr<Concept> TTIImpl;
 548 };
 549
 550 class TargetTransformInfo::Concept {
 551 public:
 552   virtual ~Concept() = 0;
 553   virtual const DataLayout &getDataLayout() const = 0;
 554   virtual int getOperationCost(unsigned Opcode, Type *Ty, Type *OpTy) = 0;
 555   virtual int getGEPCost(Type *PointeeType, const Value *Ptr,
 556                          ArrayRef<const Value *> Operands) = 0;
 557   virtual int getCallCost(FunctionType *FTy, int NumArgs) = 0;
 558   virtual int getCallCost(const Function *F, int NumArgs) = 0;
 559   virtual int getCallCost(const Function *F,
 560                           ArrayRef<const Value *> Arguments) = 0;
 561   virtual int getIntrinsicCost(Intrinsic::ID IID, Type *RetTy,
 562                                ArrayRef<Type *> ParamTys) = 0;
 563   virtual int getIntrinsicCost(Intrinsic::ID IID, Type *RetTy,
 564                                ArrayRef<const Value *> Arguments) = 0;
 565   virtual int getUserCost(const User *U) = 0;
 566   virtual bool hasBranchDivergence() = 0;
 567   virtual bool isSourceOfDivergence(const Value *V) = 0;
 568   virtual bool isLoweredToCall(const Function *F) = 0;
 569   virtual void getUnrollingPreferences(Loop *L, UnrollingPreferences &UP) = 0;
 570   virtual bool isLegalAddImmediate(int64_t Imm) = 0;
 571   virtual bool isLegalICmpImmediate(int64_t Imm) = 0;
 572   virtual bool isLegalAddressingMode(Type *Ty, GlobalValue *BaseGV,
 573                                      int64_t BaseOffset, bool HasBaseReg,
 574                                      int64_t Scale,
 575                                      unsigned AddrSpace) = 0;
 576   virtual bool isLegalMaskedStore(Type *DataType) = 0;
 577   virtual bool isLegalMaskedLoad(Type *DataType) = 0;
 578   virtual bool isLegalMaskedScatter(Type *DataType) = 0;
 579   virtual bool isLegalMaskedGather(Type *DataType) = 0;
 580   virtual int getScalingFactorCost(Type *Ty, GlobalValue *BaseGV,
 581                                    int64_t BaseOffset, bool HasBaseReg,
 582                                    int64_t Scale, unsigned AddrSpace) = 0;
 583   virtual bool isTruncateFree(Type *Ty1, Type *Ty2) = 0;
 584   virtual bool isZExtFree(Type *Ty1, Type *Ty2) = 0;
 585   virtual bool isProfitableToHoist(Instruction *I) = 0;
 586   virtual bool isTypeLegal(Type *Ty) = 0;
 587   virtual unsigned getJumpBufAlignment() = 0;
 588   virtual unsigned getJumpBufSize() = 0;
 589   virtual bool shouldBuildLookupTables() = 0;
 590   virtual bool enableAggressiveInterleaving(bool LoopHasReductions) = 0;
 591   virtual bool enableInterleavedAccessVectorization() = 0;
 592   virtual PopcntSupportKind getPopcntSupport(unsigned IntTyWidthInBit) = 0;
 593   virtual bool haveFastSqrt(Type *Ty) = 0;
 594   virtual int getFPOpCost(Type *Ty) = 0;
 595   virtual int getIntImmCost(const APInt &Imm, Type *Ty) = 0;
 596   virtual int getIntImmCost(unsigned Opc, unsigned Idx, const APInt &Imm,
 597                             Type *Ty) = 0;
 598   virtual int getIntImmCost(Intrinsic::ID IID, unsigned Idx, const APInt &Imm,
 599                             Type *Ty) = 0;
 600   virtual unsigned getNumberOfRegisters(bool Vector) = 0;
 601   virtual unsigned getRegisterBitWidth(bool Vector) = 0;
 602   virtual unsigned getMaxInterleaveFactor(unsigned VF) = 0;
 603   virtual unsigned
 604   getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty, OperandValueKind Opd1Info,
 605                          OperandValueKind Opd2Info,
 606                          OperandValueProperties Opd1PropInfo,
 607                          OperandValueProperties Opd2PropInfo) = 0;
 608   virtual int getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp, int Index,
 609                              Type *SubTp) = 0;
 610   virtual int getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst, Type *Src) = 0;
 611   virtual int getCFInstrCost(unsigned Opcode) = 0;
 612   virtual int getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
 613                                  Type *CondTy) = 0;
 614   virtual int getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
 615                                  unsigned Index) = 0;
 616   virtual int getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src, unsigned Alignment,
 617                               unsigned AddressSpace) = 0;
 618   virtual int getMaskedMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src,
 619                                     unsigned Alignment,
 620                                     unsigned AddressSpace) = 0;
 621   virtual int getInterleavedMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *VecTy,
 622                                          unsigned Factor,
 623                                          ArrayRef<unsigned> Indices,
 624                                          unsigned Alignment,
 625                                          unsigned AddressSpace) = 0;
 626   virtual int getReductionCost(unsigned Opcode, Type *Ty,
 627                                bool IsPairwiseForm) = 0;
 628   virtual int getIntrinsicInstrCost(Intrinsic::ID ID, Type *RetTy,
 629                                     ArrayRef<Type *> Tys) = 0;
 630   virtual int getCallInstrCost(Function *F, Type *RetTy,
 631                                ArrayRef<Type *> Tys) = 0;
 632   virtual unsigned getNumberOfParts(Type *Tp) = 0;
 633   virtual int getAddressComputationCost(Type *Ty, bool IsComplex) = 0;
 634   virtual unsigned getCostOfKeepingLiveOverCall(ArrayRef<Type *> Tys) = 0;
 635   virtual bool getTgtMemIntrinsic(IntrinsicInst *Inst,
 636                                   MemIntrinsicInfo &Info) = 0;
 637   virtual Value *getOrCreateResultFromMemIntrinsic(IntrinsicInst *Inst,
 638                                                    Type *ExpectedType) = 0;
 639   virtual bool areInlineCompatible(const Function *Caller,
 640                                    const Function *Callee) const = 0;
 641 };
 642
 643 template <typename T>
 644 class TargetTransformInfo::Model final : public TargetTransformInfo::Concept {
 645   T Impl;
 646
 647 public:
 648   Model(T Impl) : Impl(std::move(Impl)) {}
 649   ~Model() override {}
 650
 651   const DataLayout &getDataLayout() const override {
 652     return Impl.getDataLayout();
 653   }
 654
 655   int getOperationCost(unsigned Opcode, Type *Ty, Type *OpTy) override {
 656     return Impl.getOperationCost(Opcode, Ty, OpTy);
 657   }
 658   int getGEPCost(Type *PointeeType, const Value *Ptr,
 659                  ArrayRef<const Value *> Operands) override {
 660     return Impl.getGEPCost(PointeeType, Ptr, Operands);
 661   }
 662   int getCallCost(FunctionType *FTy, int NumArgs) override {
 663     return Impl.getCallCost(FTy, NumArgs);
 664   }
 665   int getCallCost(const Function *F, int NumArgs) override {
 666     return Impl.getCallCost(F, NumArgs);
 667   }
 668   int getCallCost(const Function *F,
 669                   ArrayRef<const Value *> Arguments) override {
 670     return Impl.getCallCost(F, Arguments);
 671   }
 672   int getIntrinsicCost(Intrinsic::ID IID, Type *RetTy,
 673                        ArrayRef<Type *> ParamTys) override {
 674     return Impl.getIntrinsicCost(IID, RetTy, ParamTys);
 675   }
 676   int getIntrinsicCost(Intrinsic::ID IID, Type *RetTy,
 677                        ArrayRef<const Value *> Arguments) override {
 678     return Impl.getIntrinsicCost(IID, RetTy, Arguments);
 679   }
 680   int getUserCost(const User *U) override { return Impl.getUserCost(U); }
 681   bool hasBranchDivergence() override { return Impl.hasBranchDivergence(); }
 682   bool isSourceOfDivergence(const Value *V) override {
 683     return Impl.isSourceOfDivergence(V);
 684   }
 685   bool isLoweredToCall(const Function *F) override {
 686     return Impl.isLoweredToCall(F);
 687   }
 688   void getUnrollingPreferences(Loop *L, UnrollingPreferences &UP) override {
 689     return Impl.getUnrollingPreferences(L, UP);
 690   }
 691   bool isLegalAddImmediate(int64_t Imm) override {
 692     return Impl.isLegalAddImmediate(Imm);
 693   }
 694   bool isLegalICmpImmediate(int64_t Imm) override {
 695     return Impl.isLegalICmpImmediate(Imm);
 696   }
 697   bool isLegalAddressingMode(Type *Ty, GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
 698                              bool HasBaseReg, int64_t Scale,
 699                              unsigned AddrSpace) override {
 700     return Impl.isLegalAddressingMode(Ty, BaseGV, BaseOffset, HasBaseReg,
 701                                       Scale, AddrSpace);
 702   }
 703   bool isLegalMaskedStore(Type *DataType) override {
 704     return Impl.isLegalMaskedStore(DataType);
 705   }
 706   bool isLegalMaskedLoad(Type *DataType) override {
 707     return Impl.isLegalMaskedLoad(DataType);
 708   }
 709   bool isLegalMaskedScatter(Type *DataType) override {
 710     return Impl.isLegalMaskedScatter(DataType);
 711   }
 712   bool isLegalMaskedGather(Type *DataType) override {
 713     return Impl.isLegalMaskedGather(DataType);
 714   }
 715   int getScalingFactorCost(Type *Ty, GlobalValue *BaseGV, int64_t BaseOffset,
 716                            bool HasBaseReg, int64_t Scale,
 717                            unsigned AddrSpace) override {
 718     return Impl.getScalingFactorCost(Ty, BaseGV, BaseOffset, HasBaseReg,
 719                                      Scale, AddrSpace);
 720   }
 721   bool isTruncateFree(Type *Ty1, Type *Ty2) override {
 722     return Impl.isTruncateFree(Ty1, Ty2);
 723   }
 724   bool isZExtFree(Type *Ty1, Type *Ty2) override {
 725     return Impl.isZExtFree(Ty1, Ty2);
 726   }
 727   bool isProfitableToHoist(Instruction *I) override {
 728     return Impl.isProfitableToHoist(I);
 729   }
 730   bool isTypeLegal(Type *Ty) override { return Impl.isTypeLegal(Ty); }
 731   unsigned getJumpBufAlignment() override { return Impl.getJumpBufAlignment(); }
 732   unsigned getJumpBufSize() override { return Impl.getJumpBufSize(); }
 733   bool shouldBuildLookupTables() override {
 734     return Impl.shouldBuildLookupTables();
 735   }
 736   bool enableAggressiveInterleaving(bool LoopHasReductions) override {
 737     return Impl.enableAggressiveInterleaving(LoopHasReductions);
 738   }
 739   bool enableInterleavedAccessVectorization() override {
 740     return Impl.enableInterleavedAccessVectorization();
 741   }
 742   PopcntSupportKind getPopcntSupport(unsigned IntTyWidthInBit) override {
 743     return Impl.getPopcntSupport(IntTyWidthInBit);
 744   }
 745   bool haveFastSqrt(Type *Ty) override { return Impl.haveFastSqrt(Ty); }
 746
 747   int getFPOpCost(Type *Ty) override { return Impl.getFPOpCost(Ty); }
 748
 749   int getIntImmCost(const APInt &Imm, Type *Ty) override {
 750     return Impl.getIntImmCost(Imm, Ty);
 751   }
 752   int getIntImmCost(unsigned Opc, unsigned Idx, const APInt &Imm,
 753                     Type *Ty) override {
 754     return Impl.getIntImmCost(Opc, Idx, Imm, Ty);
 755   }
 756   int getIntImmCost(Intrinsic::ID IID, unsigned Idx, const APInt &Imm,
 757                     Type *Ty) override {
 758     return Impl.getIntImmCost(IID, Idx, Imm, Ty);
 759   }
 760   unsigned getNumberOfRegisters(bool Vector) override {
 761     return Impl.getNumberOfRegisters(Vector);
 762   }
 763   unsigned getRegisterBitWidth(bool Vector) override {
 764     return Impl.getRegisterBitWidth(Vector);
 765   }
 766   unsigned getMaxInterleaveFactor(unsigned VF) override {
 767     return Impl.getMaxInterleaveFactor(VF);
 768   }
 769   unsigned
 770   getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty, OperandValueKind Opd1Info,
 771                          OperandValueKind Opd2Info,
 772                          OperandValueProperties Opd1PropInfo,
 773                          OperandValueProperties Opd2PropInfo) override {
 774     return Impl.getArithmeticInstrCost(Opcode, Ty, Opd1Info, Opd2Info,
 775                                        Opd1PropInfo, Opd2PropInfo);
 776   }
 777   int getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp, int Index,
 778                      Type *SubTp) override {
 779     return Impl.getShuffleCost(Kind, Tp, Index, SubTp);
 780   }
 781   int getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst, Type *Src) override {
 782     return Impl.getCastInstrCost(Opcode, Dst, Src);
 783   }
 784   int getCFInstrCost(unsigned Opcode) override {
 785     return Impl.getCFInstrCost(Opcode);
 786   }
 787   int getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy, Type *CondTy) override {
 788     return Impl.getCmpSelInstrCost(Opcode, ValTy, CondTy);
 789   }
 790   int getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val, unsigned Index) override {
 791     return Impl.getVectorInstrCost(Opcode, Val, Index);
 792   }
 793   int getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src, unsigned Alignment,
 794                       unsigned AddressSpace) override {
 795     return Impl.getMemoryOpCost(Opcode, Src, Alignment, AddressSpace);
 796   }
 797   int getMaskedMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src, unsigned Alignment,
 798                             unsigned AddressSpace) override {
 799     return Impl.getMaskedMemoryOpCost(Opcode, Src, Alignment, AddressSpace);
 800   }
 801   int getInterleavedMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *VecTy, unsigned Factor,
 802                                  ArrayRef<unsigned> Indices, unsigned Alignment,
 803                                  unsigned AddressSpace) override {
 804     return Impl.getInterleavedMemoryOpCost(Opcode, VecTy, Factor, Indices,
 805                                            Alignment, AddressSpace);
 806   }
 807   int getReductionCost(unsigned Opcode, Type *Ty,
 808                        bool IsPairwiseForm) override {
 809     return Impl.getReductionCost(Opcode, Ty, IsPairwiseForm);
 810   }
 811   int getIntrinsicInstrCost(Intrinsic::ID ID, Type *RetTy,
 812                             ArrayRef<Type *> Tys) override {
 813     return Impl.getIntrinsicInstrCost(ID, RetTy, Tys);
 814   }
 815   int getCallInstrCost(Function *F, Type *RetTy,
 816                        ArrayRef<Type *> Tys) override {
 817     return Impl.getCallInstrCost(F, RetTy, Tys);
 818   }
 819   unsigned getNumberOfParts(Type *Tp) override {
 820     return Impl.getNumberOfParts(Tp);
 821   }
 822   int getAddressComputationCost(Type *Ty, bool IsComplex) override {
 823     return Impl.getAddressComputationCost(Ty, IsComplex);
 824   }
 825   unsigned getCostOfKeepingLiveOverCall(ArrayRef<Type *> Tys) override {
 826     return Impl.getCostOfKeepingLiveOverCall(Tys);
 827   }
 828   bool getTgtMemIntrinsic(IntrinsicInst *Inst,
 829                           MemIntrinsicInfo &Info) override {
 830     return Impl.getTgtMemIntrinsic(Inst, Info);
 831   }
 832   Value *getOrCreateResultFromMemIntrinsic(IntrinsicInst *Inst,
 833                                            Type *ExpectedType) override {
 834     return Impl.getOrCreateResultFromMemIntrinsic(Inst, ExpectedType);
 835   }
 836   bool areInlineCompatible(const Function *Caller,
 837                            const Function *Callee) const override {
 838     return Impl.areInlineCompatible(Caller, Callee);
 839   }
 840 };
 841
 842 template <typename T>
 843 TargetTransformInfo::TargetTransformInfo(T Impl)
 844     : TTIImpl(new Model<T>(Impl)) {}
 845
 846 /// \brief Analysis pass providing the \c TargetTransformInfo.
 847 ///
 848 /// The core idea of the TargetIRAnalysis is to expose an interface through
 849 /// which LLVM targets can analyze and provide information about the middle
 850 /// end's target-independent IR. This supports use cases such as target-aware
 851 /// cost modeling of IR constructs.
 852 ///
 853 /// This is a function analysis because much of the cost modeling for targets
 854 /// is done in a subtarget specific way and LLVM supports compiling different
 855 /// functions targeting different subtargets in order to support runtime
 856 /// dispatch according to the observed subtarget.
 857 class TargetIRAnalysis {
 858 public:
 859   typedef TargetTransformInfo Result;
 860
 861   /// \brief Opaque, unique identifier for this analysis pass.
 862   static void *ID() { return (void *)&PassID; }
 863
 864   /// \brief Provide access to a name for this pass for debugging purposes.
 865   static StringRef name() { return "TargetIRAnalysis"; }
 866
 867   /// \brief Default construct a target IR analysis.
 868   ///
 869   /// This will use the module's datalayout to construct a baseline
 870   /// conservative TTI result.
 871   TargetIRAnalysis();
 872
 873   /// \brief Construct an IR analysis pass around a target-provide callback.
 874   ///
 875   /// The callback will be called with a particular function for which the TTI
 876   /// is needed and must return a TTI object for that function.
 877   TargetIRAnalysis(std::function<Result(const Function &)> TTICallback);
 878
 879   // Value semantics. We spell out the constructors for MSVC.
 880   TargetIRAnalysis(const TargetIRAnalysis &Arg)
 881       : TTICallback(Arg.TTICallback) {}
 882   TargetIRAnalysis(TargetIRAnalysis &&Arg)
 883       : TTICallback(std::move(Arg.TTICallback)) {}
 884   TargetIRAnalysis &operator=(const TargetIRAnalysis &RHS) {
 885     TTICallback = RHS.TTICallback;
 886     return *this;
 887   }
 888   TargetIRAnalysis &operator=(TargetIRAnalysis &&RHS) {
 889     TTICallback = std::move(RHS.TTICallback);
 890     return *this;
 891   }
 892
 893   Result run(const Function &F);
 894
 895 private:
 896   static char PassID;
 897
 898   /// \brief The callback used to produce a result.
 899   ///
 900   /// We use a completely opaque callback so that targets can provide whatever
 901   /// mechanism they desire for constructing the TTI for a given function.
 902   ///
 903   /// FIXME: Should we really use std::function? It's relatively inefficient.
 904   /// It might be possible to arrange for even stateful callbacks to outlive
 905   /// the analysis and thus use a function_ref which would be lighter weight.
 906   /// This may also be less error prone as the callback is likely to reference
 907   /// the external TargetMachine, and that reference needs to never dangle.
 908   std::function<Result(const Function &)> TTICallback;
 909
 910   /// \brief Helper function used as the callback in the default constructor.
 911   static Result getDefaultTTI(const Function &F);
 912 };
 913
 914 /// \brief Wrapper pass for TargetTransformInfo.
 915 ///
 916 /// This pass can be constructed from a TTI object which it stores internally
 917 /// and is queried by passes.
 918 class TargetTransformInfoWrapperPass : public ImmutablePass {
 919   TargetIRAnalysis TIRA;
 920   Optional<TargetTransformInfo> TTI;
 921
 922   virtual void anchor();
 923
 924 public:
 925   static char ID;
 926
 927   /// \brief We must provide a default constructor for the pass but it should
 928   /// never be used.
 929   ///
 930   /// Use the constructor below or call one of the creation routines.
 931   TargetTransformInfoWrapperPass();
 932
 933   explicit TargetTransformInfoWrapperPass(TargetIRAnalysis TIRA);
 934
 935   TargetTransformInfo &getTTI(const Function &F);
 936 };
 937
 938 /// \brief Create an analysis pass wrapper around a TTI object.
 939 ///
 940 /// This analysis pass just holds the TTI instance and makes it available to
 941 /// clients.
 942 ImmutablePass *createTargetTransformInfoWrapperPass(TargetIRAnalysis TIRA);
 943
 944 } // End llvm namespace
 945
 946 #endif