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[oota-llvm.git] / include / llvm / Pass.h
1 //===- llvm/Pass.h - Base class for Passes ----------------------*- C++ -*-===//
2 // 
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 // 
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file defines a base class that indicates that a specified class is a
11 // transformation pass implementation.
12 //
13 // Pass's are designed this way so that it is possible to run passes in a cache
14 // and organizationally optimal order without having to specify it at the front
15 // end.  This allows arbitrary passes to be strung together and have them
16 // executed as effeciently as possible.
17 //
18 // Passes should extend one of the classes below, depending on the guarantees
19 // that it can make about what will be modified as it is run.  For example, most
20 // global optimizations should derive from FunctionPass, because they do not add
21 // or delete functions, they operate on the internals of the function.
22 //
23 // Note that this file #includes PassSupport.h and PassAnalysisSupport.h (at the
24 // bottom), so the APIs exposed by these files are also automatically available
25 // to all users of this file.
26 //
27 //===----------------------------------------------------------------------===//
28
29 #ifndef LLVM_PASS_H
30 #define LLVM_PASS_H
31
32 #include <vector>
33 #include <map>
34 #include <iosfwd>
35 #include <typeinfo>
36 #include <cassert>
37
38 namespace llvm {
39
40 class Value;
41 struct BasicBlock;
42 class Function;
43 class Module;
44 class AnalysisUsage;
45 class PassInfo;
46 class ImmutablePass;
47 template<class UnitType> class PassManagerT;
48 struct AnalysisResolver;
49
50 // AnalysisID - Use the PassInfo to identify a pass...
51 typedef const PassInfo* AnalysisID;
52
53 //===----------------------------------------------------------------------===//
54 /// Pass interface - Implemented by all 'passes'.  Subclass this if you are an
55 /// interprocedural optimization or you do not fit into any of the more
56 /// constrained passes described below.
57 ///
58 class Pass {
59   friend class AnalysisResolver;
60   AnalysisResolver *Resolver;  // AnalysisResolver this pass is owned by...
61   const PassInfo *PassInfoCache;
62
63   // AnalysisImpls - This keeps track of which passes implement the interfaces
64   // that are required by the current pass (to implement getAnalysis()).
65   //
66   std::vector<std::pair<const PassInfo*, Pass*> > AnalysisImpls;
67
68   void operator=(const Pass&);  // DO NOT IMPLEMENT
69   Pass(const Pass &);           // DO NOT IMPLEMENT
70 public:
71   Pass() : Resolver(0), PassInfoCache(0) {}
72   virtual ~Pass() {} // Destructor is virtual so we can be subclassed
73
74   /// getPassName - Return a nice clean name for a pass.  This usually
75   /// implemented in terms of the name that is registered by one of the
76   /// Registration templates, but can be overloaded directly, and if nothing
77   /// else is available, C++ RTTI will be consulted to get a SOMEWHAT
78   /// intelligible name for the pass.
79   ///
80   virtual const char *getPassName() const;
81
82   /// getPassInfo - Return the PassInfo data structure that corresponds to this
83   /// pass...  If the pass has not been registered, this will return null.
84   ///
85   const PassInfo *getPassInfo() const;
86
87   /// run - Run this pass, returning true if a modification was made to the
88   /// module argument.  This should be implemented by all concrete subclasses.
89   ///
90   virtual bool run(Module &M) = 0;
91
92   /// print - Print out the internal state of the pass.  This is called by
93   /// Analyze to print out the contents of an analysis.  Otherwise it is not
94   /// necessary to implement this method.  Beware that the module pointer MAY be
95   /// null.  This automatically forwards to a virtual function that does not
96   /// provide the Module* in case the analysis doesn't need it it can just be
97   /// ignored.
98   ///
99   virtual void print(std::ostream &O, const Module *M) const { print(O); }
100   virtual void print(std::ostream &O) const;
101   void dump() const; // dump - call print(std::cerr, 0);
102
103
104   /// getAnalysisUsage - This function should be overriden by passes that need
105   /// analysis information to do their job.  If a pass specifies that it uses a
106   /// particular analysis result to this function, it can then use the
107   /// getAnalysis<AnalysisType>() function, below.
108   ///
109   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
110     // By default, no analysis results are used, all are invalidated.
111   }
112
113   /// releaseMemory() - This member can be implemented by a pass if it wants to
114   /// be able to release its memory when it is no longer needed.  The default
115   /// behavior of passes is to hold onto memory for the entire duration of their
116   /// lifetime (which is the entire compile time).  For pipelined passes, this
117   /// is not a big deal because that memory gets recycled every time the pass is
118   /// invoked on another program unit.  For IP passes, it is more important to
119   /// free memory when it is unused.
120   ///
121   /// Optionally implement this function to release pass memory when it is no
122   /// longer used.
123   ///
124   virtual void releaseMemory() {}
125
126   // dumpPassStructure - Implement the -debug-passes=PassStructure option
127   virtual void dumpPassStructure(unsigned Offset = 0);
128
129
130   // getPassInfo - Static method to get the pass information from a class name.
131   template<typename AnalysisClass>
132   static const PassInfo *getClassPassInfo() {
133     return lookupPassInfo(typeid(AnalysisClass));
134   }
135
136   // lookupPassInfo - Return the pass info object for the specified pass class,
137   // or null if it is not known.
138   static const PassInfo *lookupPassInfo(const std::type_info &TI);
139
140   /// getAnalysisToUpdate<AnalysisType>() - This function is used by subclasses
141   /// to get to the analysis information that might be around that needs to be
142   /// updated.  This is different than getAnalysis in that it can fail (ie the
143   /// analysis results haven't been computed), so should only be used if you
144   /// provide the capability to update an analysis that exists.  This method is
145   /// often used by transformation APIs to update analysis results for a pass
146   /// automatically as the transform is performed.
147   ///
148   template<typename AnalysisType>
149   AnalysisType *getAnalysisToUpdate() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
150
151   /// mustPreserveAnalysisID - This method serves the same function as
152   /// getAnalysisToUpdate, but works if you just have an AnalysisID.  This
153   /// obviously cannot give you a properly typed instance of the class if you
154   /// don't have the class name available (use getAnalysisToUpdate if you do),
155   /// but it can tell you if you need to preserve the pass at least.
156   ///
157   bool mustPreserveAnalysisID(const PassInfo *AnalysisID) const;
158
159   /// getAnalysis<AnalysisType>() - This function is used by subclasses to get
160   /// to the analysis information that they claim to use by overriding the
161   /// getAnalysisUsage function.
162   ///
163   template<typename AnalysisType>
164   AnalysisType &getAnalysis() const {
165     assert(Resolver && "Pass has not been inserted into a PassManager object!");
166     const PassInfo *PI = getClassPassInfo<AnalysisType>();
167     return getAnalysisID<AnalysisType>(PI);
168   }
169
170   template<typename AnalysisType>
171   AnalysisType &getAnalysisID(const PassInfo *PI) const {
172     assert(Resolver && "Pass has not been inserted into a PassManager object!");
173     assert(PI && "getAnalysis for unregistered pass!");
174
175     // PI *must* appear in AnalysisImpls.  Because the number of passes used
176     // should be a small number, we just do a linear search over a (dense)
177     // vector.
178     Pass *ResultPass = 0;
179     for (unsigned i = 0; ; ++i) {
180       assert(i != AnalysisImpls.size() &&
181              "getAnalysis*() called on an analysis that was not "
182              "'required' by pass!");
183       if (AnalysisImpls[i].first == PI) {
184         ResultPass = AnalysisImpls[i].second;
185         break;
186       }
187     }
188
189     // Because the AnalysisType may not be a subclass of pass (for
190     // AnalysisGroups), we must use dynamic_cast here to potentially adjust the
191     // return pointer (because the class may multiply inherit, once from pass,
192     // once from AnalysisType).
193     //
194     AnalysisType *Result = dynamic_cast<AnalysisType*>(ResultPass);
195     assert(Result && "Pass does not implement interface required!");
196     return *Result;
197   }
198
199 private:
200   friend class PassManagerT<Module>;
201   friend class PassManagerT<Function>;
202   friend class PassManagerT<BasicBlock>;
203   virtual void addToPassManager(PassManagerT<Module> *PM, AnalysisUsage &AU);
204 };
205
206 inline std::ostream &operator<<(std::ostream &OS, const Pass &P) {
207   P.print(OS, 0); return OS;
208 }
209
210
211
212 //===----------------------------------------------------------------------===//
213 /// ImmutablePass class - This class is used to provide information that does
214 /// not need to be run.  This is useful for things like target information and
215 /// "basic" versions of AnalysisGroups.
216 ///
217 struct ImmutablePass : public Pass {
218   /// initializePass - This method may be overriden by immutable passes to allow
219   /// them to perform various initialization actions they require.  This is
220   /// primarily because an ImmutablePass can "require" another ImmutablePass,
221   /// and if it does, the overloaded version of initializePass may get access to
222   /// these passes with getAnalysis<>.
223   ///
224   virtual void initializePass() {}
225
226   /// ImmutablePasses are never run.
227   ///
228   virtual bool run(Module &M) { return false; }
229
230 private:
231   friend class PassManagerT<Module>;
232   virtual void addToPassManager(PassManagerT<Module> *PM, AnalysisUsage &AU);
233 };
234
235
236 //===----------------------------------------------------------------------===//
237 /// FunctionPass class - This class is used to implement most global
238 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they meet the
239 /// following constraints:
240 ///
241 ///  1. Optimizations are organized globally, i.e., a function at a time
242 ///  2. Optimizing a function does not cause the addition or removal of any
243 ///     functions in the module
244 ///
245 struct FunctionPass : public Pass {
246   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
247   /// any necessary per-module initialization.
248   ///
249   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
250
251   /// runOnFunction - Virtual method overriden by subclasses to do the
252   /// per-function processing of the pass.
253   ///
254   virtual bool runOnFunction(Function &F) = 0;
255
256   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
257   /// processing needed after all passes have run.
258   ///
259   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
260
261   /// run - On a module, we run this pass by initializing, ronOnFunction'ing
262   /// once for every function in the module, then by finalizing.
263   ///
264   virtual bool run(Module &M);
265
266   /// run - On a function, we simply initialize, run the function, then
267   /// finalize.
268   ///
269   bool run(Function &F);
270
271 private:
272   friend class PassManagerT<Module>;
273   friend class PassManagerT<Function>;
274   friend class PassManagerT<BasicBlock>;
275   virtual void addToPassManager(PassManagerT<Module> *PM, AnalysisUsage &AU);
276   virtual void addToPassManager(PassManagerT<Function> *PM, AnalysisUsage &AU);
277 };
278
279
280
281 //===----------------------------------------------------------------------===//
282 /// BasicBlockPass class - This class is used to implement most local
283 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they
284 /// meet the following constraints:
285 ///   1. Optimizations are local, operating on either a basic block or
286 ///      instruction at a time.
287 ///   2. Optimizations do not modify the CFG of the contained function, or any
288 ///      other basic block in the function.
289 ///   3. Optimizations conform to all of the constraints of FunctionPass's.
290 ///
291 struct BasicBlockPass : public FunctionPass {
292   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
293   /// any necessary per-module initialization.
294   ///
295   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
296
297   /// doInitialization - Virtual method overridden by BasicBlockPass subclasses
298   /// to do any necessary per-function initialization.
299   ///
300   virtual bool doInitialization(Function &F) { return false; }
301
302   /// runOnBasicBlock - Virtual method overriden by subclasses to do the
303   /// per-basicblock processing of the pass.
304   ///
305   virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock &BB) = 0;
306
307   /// doFinalization - Virtual method overriden by BasicBlockPass subclasses to
308   /// do any post processing needed after all passes have run.
309   ///
310   virtual bool doFinalization(Function &F) { return false; }
311
312   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
313   /// processing needed after all passes have run.
314   ///
315   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
316
317
318   // To run this pass on a function, we simply call runOnBasicBlock once for
319   // each function.
320   //
321   bool runOnFunction(Function &F);
322
323   /// To run directly on the basic block, we initialize, runOnBasicBlock, then
324   /// finalize.
325   ///
326   bool run(BasicBlock &BB);
327
328 private:
329   friend class PassManagerT<Function>;
330   friend class PassManagerT<BasicBlock>;
331   virtual void addToPassManager(PassManagerT<Function> *PM, AnalysisUsage &AU);
332   virtual void addToPassManager(PassManagerT<BasicBlock> *PM,AnalysisUsage &AU);
333 };
334
335 /// If the user specifies the -time-passes argument on an LLVM tool command line
336 /// then the value of this boolean will be true, otherwise false.
337 /// @brief This is the storage for the -time-passes option.
338 extern bool TimePassesIsEnabled;
339
340 } // End llvm namespace
341
342 // Include support files that contain important APIs commonly used by Passes,
343 // but that we want to separate out to make it easier to read the header files.
344 //
345 #include "llvm/PassSupport.h"
346 #include "llvm/PassAnalysisSupport.h"
347
348 #endif