Renaming:
[oota-llvm.git] / include / llvm / Target / TargetInstrInfo.h
1 //===-- llvm/Target/TargetInstrInfo.h - Instruction Info --------*- 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 describes the target machine instructions to the code generator.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #ifndef LLVM_TARGET_TARGETINSTRINFO_H
15 #define LLVM_TARGET_TARGETINSTRINFO_H
16
17 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
18 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
19 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
20 #include <vector>
21 #include <cassert>
22
23 namespace llvm {
24
25 class MachineInstr;
26 class TargetMachine;
27 class MachineCodeForInstruction;
28 class TargetRegisterClass;
29 class LiveVariables;
30
31 //---------------------------------------------------------------------------
32 // Data types used to define information about a single machine instruction
33 //---------------------------------------------------------------------------
34
35 typedef short MachineOpCode;
36 typedef unsigned InstrSchedClass;
37
38 //---------------------------------------------------------------------------
39 // struct TargetInstrDescriptor:
40 //  Predefined information about each machine instruction.
41 //  Designed to initialized statically.
42 //
43
44 const unsigned M_BRANCH_FLAG           = 1 << 0;
45 const unsigned M_CALL_FLAG             = 1 << 1;
46 const unsigned M_RET_FLAG              = 1 << 2;
47 const unsigned M_BARRIER_FLAG          = 1 << 3;
48 const unsigned M_DELAY_SLOT_FLAG       = 1 << 4;
49 const unsigned M_LOAD_FLAG             = 1 << 5;
50 const unsigned M_STORE_FLAG            = 1 << 6;
51 const unsigned M_INDIRECT_FLAG         = 1 << 7;
52
53 // M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR - This is a 2-address instruction which can be
54 // changed into a 3-address instruction if the first two operands cannot be
55 // assigned to the same register.  The target must implement the
56 // TargetInstrInfo::convertToThreeAddress method for this instruction.
57 const unsigned M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR = 1 << 7;
58
59 // This M_COMMUTABLE - is a 2- or 3-address instruction (of the form X = op Y,
60 // Z), which produces the same result if Y and Z are exchanged.
61 const unsigned M_COMMUTABLE            = 1 << 8;
62
63 // M_TERMINATOR_FLAG - Is this instruction part of the terminator for a basic
64 // block?  Typically this is things like return and branch instructions.
65 // Various passes use this to insert code into the bottom of a basic block, but
66 // before control flow occurs.
67 const unsigned M_TERMINATOR_FLAG       = 1 << 9;
68
69 // M_USES_CUSTOM_DAG_SCHED_INSERTION - Set if this instruction requires custom
70 // insertion support when the DAG scheduler is inserting it into a machine basic
71 // block.
72 const unsigned M_USES_CUSTOM_DAG_SCHED_INSERTION = 1 << 10;
73
74 // M_VARIABLE_OPS - Set if this instruction can have a variable number of extra
75 // operands in addition to the minimum number operands specified.
76 const unsigned M_VARIABLE_OPS = 1 << 11;
77
78 // M_PREDICABLE - Set if this instruction has a predicate operand that
79 // controls execution. It may be set to 'always'.
80 const unsigned M_PREDICABLE = 1 << 12;
81
82 // M_REMATERIALIZIBLE - Set if this instruction can be trivally re-materialized
83 // at any time, e.g. constant generation, load from constant pool.
84 const unsigned M_REMATERIALIZIBLE = 1 << 13;
85
86 // M_NOT_DUPLICABLE - Set if this instruction cannot be safely duplicated.
87 // (e.g. instructions with unique labels attached).
88 const unsigned M_NOT_DUPLICABLE = 1 << 14;
89
90 // M_HAS_OPTIONAL_DEF - Set if this instruction has an optional definition, e.g.
91 // ARM instructions which can set condition code if 's' bit is set.
92 const unsigned M_HAS_OPTIONAL_DEF = 1 << 15;
93
94 // Machine operand flags
95 // M_LOOK_UP_PTR_REG_CLASS - Set if this operand is a pointer value and it
96 // requires a callback to look up its register class.
97 const unsigned M_LOOK_UP_PTR_REG_CLASS = 1 << 0;
98
99 /// M_PREDICATE_OPERAND - Set if this is one of the operands that made up of the
100 /// predicate operand that controls an M_PREDICATED instruction.
101 const unsigned M_PREDICATE_OPERAND = 1 << 1;
102
103 /// M_OPTIONAL_DEF_OPERAND - Set if this operand is a optional def.
104 ///
105 const unsigned M_OPTIONAL_DEF_OPERAND = 1 << 2;
106
107 namespace TOI {
108   // Operand constraints: only "tied_to" for now.
109   enum OperandConstraint {
110     TIED_TO = 0  // Must be allocated the same register as.
111   };
112 }
113
114 /// TargetOperandInfo - This holds information about one operand of a machine
115 /// instruction, indicating the register class for register operands, etc.
116 ///
117 class TargetOperandInfo {
118 public:
119   /// RegClass - This specifies the register class enumeration of the operand 
120   /// if the operand is a register.  If not, this contains 0.
121   unsigned short RegClass;
122   unsigned short Flags;
123   /// Lower 16 bits are used to specify which constraints are set. The higher 16
124   /// bits are used to specify the value of constraints (4 bits each).
125   unsigned int Constraints;
126   /// Currently no other information.
127 };
128
129
130 class TargetInstrDescriptor {
131 public:
132   MachineOpCode   Opcode;        // The opcode.
133   unsigned short  numOperands;   // Num of args (may be more if variable_ops).
134   unsigned short  numDefs;       // Num of args that are definitions.
135   const char *    Name;          // Assembly language mnemonic for the opcode.
136   InstrSchedClass schedClass;    // enum  identifying instr sched class
137   unsigned        Flags;         // flags identifying machine instr class
138   unsigned        TSFlags;       // Target Specific Flag values
139   const unsigned *ImplicitUses;  // Registers implicitly read by this instr
140   const unsigned *ImplicitDefs;  // Registers implicitly defined by this instr
141   const TargetOperandInfo *OpInfo; // 'numOperands' entries about operands.
142
143   /// getOperandConstraint - Returns the value of the specific constraint if
144   /// it is set. Returns -1 if it is not set.
145   int getOperandConstraint(unsigned OpNum,
146                            TOI::OperandConstraint Constraint) const {
147     assert((OpNum < numOperands || (Flags & M_VARIABLE_OPS)) &&
148            "Invalid operand # of TargetInstrInfo");
149     if (OpNum < numOperands &&
150         (OpInfo[OpNum].Constraints & (1 << Constraint))) {
151       unsigned Pos = 16 + Constraint * 4;
152       return (int)(OpInfo[OpNum].Constraints >> Pos) & 0xf;
153     }
154     return -1;
155   }
156
157   /// findTiedToSrcOperand - Returns the operand that is tied to the specified
158   /// dest operand. Returns -1 if there isn't one.
159   int findTiedToSrcOperand(unsigned OpNum) const;
160 };
161
162
163 //---------------------------------------------------------------------------
164 ///
165 /// TargetInstrInfo - Interface to description of machine instructions
166 ///
167 class TargetInstrInfo {
168   const TargetInstrDescriptor* desc;    // raw array to allow static init'n
169   unsigned NumOpcodes;                  // number of entries in the desc array
170   unsigned numRealOpCodes;              // number of non-dummy op codes
171
172   TargetInstrInfo(const TargetInstrInfo &);  // DO NOT IMPLEMENT
173   void operator=(const TargetInstrInfo &);   // DO NOT IMPLEMENT
174 public:
175   TargetInstrInfo(const TargetInstrDescriptor *desc, unsigned NumOpcodes);
176   virtual ~TargetInstrInfo();
177
178   // Invariant opcodes: All instruction sets have these as their low opcodes.
179   enum { 
180     PHI = 0,
181     INLINEASM = 1,
182     LABEL = 2,
183     EXTRACT_SUBREG = 3,
184     INSERT_SUBREG = 4
185   };
186
187   unsigned getNumOpcodes() const { return NumOpcodes; }
188
189   /// get - Return the machine instruction descriptor that corresponds to the
190   /// specified instruction opcode.
191   ///
192   const TargetInstrDescriptor& get(MachineOpCode Opcode) const {
193     assert((unsigned)Opcode < NumOpcodes);
194     return desc[Opcode];
195   }
196
197   const char *getName(MachineOpCode Opcode) const {
198     return get(Opcode).Name;
199   }
200
201   int getNumOperands(MachineOpCode Opcode) const {
202     return get(Opcode).numOperands;
203   }
204
205   int getNumDefs(MachineOpCode Opcode) const {
206     return get(Opcode).numDefs;
207   }
208
209   InstrSchedClass getSchedClass(MachineOpCode Opcode) const {
210     return get(Opcode).schedClass;
211   }
212
213   const unsigned *getImplicitUses(MachineOpCode Opcode) const {
214     return get(Opcode).ImplicitUses;
215   }
216
217   const unsigned *getImplicitDefs(MachineOpCode Opcode) const {
218     return get(Opcode).ImplicitDefs;
219   }
220
221
222   //
223   // Query instruction class flags according to the machine-independent
224   // flags listed above.
225   //
226   bool isReturn(MachineOpCode Opcode) const {
227     return get(Opcode).Flags & M_RET_FLAG;
228   }
229
230   bool isCommutableInstr(MachineOpCode Opcode) const {
231     return get(Opcode).Flags & M_COMMUTABLE;
232   }
233   bool isTerminatorInstr(MachineOpCode Opcode) const {
234     return get(Opcode).Flags & M_TERMINATOR_FLAG;
235   }
236   
237   bool isBranch(MachineOpCode Opcode) const {
238     return get(Opcode).Flags & M_BRANCH_FLAG;
239   }
240   
241   bool isIndirectBranch(MachineOpCode Opcode) const {
242     return get(Opcode).Flags & M_INDIRECT_FLAG;
243   }
244   
245   /// isBarrier - Returns true if the specified instruction stops control flow
246   /// from executing the instruction immediately following it.  Examples include
247   /// unconditional branches and return instructions.
248   bool isBarrier(MachineOpCode Opcode) const {
249     return get(Opcode).Flags & M_BARRIER_FLAG;
250   }
251   
252   bool isCall(MachineOpCode Opcode) const {
253     return get(Opcode).Flags & M_CALL_FLAG;
254   }
255   bool isLoad(MachineOpCode Opcode) const {
256     return get(Opcode).Flags & M_LOAD_FLAG;
257   }
258   bool isStore(MachineOpCode Opcode) const {
259     return get(Opcode).Flags & M_STORE_FLAG;
260   }
261   
262   /// hasDelaySlot - Returns true if the specified instruction has a delay slot
263   /// which must be filled by the code generator.
264   bool hasDelaySlot(MachineOpCode Opcode) const {
265     return get(Opcode).Flags & M_DELAY_SLOT_FLAG;
266   }
267   
268   /// usesCustomDAGSchedInsertionHook - Return true if this instruction requires
269   /// custom insertion support when the DAG scheduler is inserting it into a
270   /// machine basic block.
271   bool usesCustomDAGSchedInsertionHook(MachineOpCode Opcode) const {
272     return get(Opcode).Flags & M_USES_CUSTOM_DAG_SCHED_INSERTION;
273   }
274
275   bool hasVariableOperands(MachineOpCode Opcode) const {
276     return get(Opcode).Flags & M_VARIABLE_OPS;
277   }
278
279   bool isPredicable(MachineOpCode Opcode) const {
280     return get(Opcode).Flags & M_PREDICABLE;
281   }
282
283   bool isNotDuplicable(MachineOpCode Opcode) const {
284     return get(Opcode).Flags & M_NOT_DUPLICABLE;
285   }
286
287   bool hasOptionalDef(MachineOpCode Opcode) const {
288     return get(Opcode).Flags & M_HAS_OPTIONAL_DEF;
289   }
290
291   /// hasNoSideEffects - Return true if the instruction is trivially
292   /// rematerializable, meaning it has no side effects and requires no operands
293   /// that aren't always available.
294   bool hasNoSideEffects(MachineInstr *MI) const {
295     return (MI->getInstrDescriptor()->Flags & M_REMATERIALIZIBLE) &&
296            isTriviallyReMaterializable(MI);
297   }
298
299 protected:
300   /// isTriviallyReMaterializable - For instructions with opcodes for which the
301   /// M_REMATERIALIZABLE flag is set, this function tests whether the
302   /// instruction itself is actually trivially rematerializable, considering its
303   /// operands.  This is used for targets that have instructions that are only
304   /// trivially rematerializable for specific uses.  This predicate must return
305   /// false if the instruction has any side effects other than producing a
306   /// value, or if it requres any address registers that are not always
307   /// available.
308   virtual bool isTriviallyReMaterializable(MachineInstr *MI) const {
309     return true;
310   }
311
312 public:
313   /// getOperandConstraint - Returns the value of the specific constraint if
314   /// it is set. Returns -1 if it is not set.
315   int getOperandConstraint(MachineOpCode Opcode, unsigned OpNum,
316                            TOI::OperandConstraint Constraint) const {
317     return get(Opcode).getOperandConstraint(OpNum, Constraint);
318   }
319
320   /// Return true if the instruction is a register to register move
321   /// and leave the source and dest operands in the passed parameters.
322   virtual bool isMoveInstr(const MachineInstr& MI,
323                            unsigned& sourceReg,
324                            unsigned& destReg) const {
325     return false;
326   }
327   
328   /// isLoadFromStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
329   /// load from a stack slot, return the virtual or physical register number of
330   /// the destination along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
331   /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
332   /// any side effects other than loading from the stack slot.
333   virtual unsigned isLoadFromStackSlot(MachineInstr *MI, int &FrameIndex) const{
334     return 0;
335   }
336   
337   /// isStoreToStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
338   /// store to a stack slot, return the virtual or physical register number of
339   /// the source reg along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
340   /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
341   /// any side effects other than storing to the stack slot.
342   virtual unsigned isStoreToStackSlot(MachineInstr *MI, int &FrameIndex) const {
343     return 0;
344   }
345
346   /// convertToThreeAddress - This method must be implemented by targets that
347   /// set the M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR flag.  When this flag is set, the target
348   /// may be able to convert a two-address instruction into one or more true
349   /// three-address instructions on demand.  This allows the X86 target (for
350   /// example) to convert ADD and SHL instructions into LEA instructions if they
351   /// would require register copies due to two-addressness.
352   ///
353   /// This method returns a null pointer if the transformation cannot be
354   /// performed, otherwise it returns the last new instruction.
355   ///
356   virtual MachineInstr *
357   convertToThreeAddress(MachineFunction::iterator &MFI,
358                    MachineBasicBlock::iterator &MBBI, LiveVariables &LV) const {
359     return 0;
360   }
361
362   /// commuteInstruction - If a target has any instructions that are commutable,
363   /// but require converting to a different instruction or making non-trivial
364   /// changes to commute them, this method can overloaded to do this.  The
365   /// default implementation of this method simply swaps the first two operands
366   /// of MI and returns it.
367   ///
368   /// If a target wants to make more aggressive changes, they can construct and
369   /// return a new machine instruction.  If an instruction cannot commute, it
370   /// can also return null.
371   ///
372   virtual MachineInstr *commuteInstruction(MachineInstr *MI) const;
373
374   /// AnalyzeBranch - Analyze the branching code at the end of MBB, returning
375   /// true if it cannot be understood (e.g. it's a switch dispatch or isn't
376   /// implemented for a target).  Upon success, this returns false and returns
377   /// with the following information in various cases:
378   ///
379   /// 1. If this block ends with no branches (it just falls through to its succ)
380   ///    just return false, leaving TBB/FBB null.
381   /// 2. If this block ends with only an unconditional branch, it sets TBB to be
382   ///    the destination block.
383   /// 3. If this block ends with an conditional branch and it falls through to
384   ///    an successor block, it sets TBB to be the branch destination block and a
385   ///    list of operands that evaluate the condition. These
386   ///    operands can be passed to other TargetInstrInfo methods to create new
387   ///    branches.
388   /// 4. If this block ends with an conditional branch and an unconditional
389   ///    block, it returns the 'true' destination in TBB, the 'false' destination
390   ///    in FBB, and a list of operands that evaluate the condition. These
391   ///    operands can be passed to other TargetInstrInfo methods to create new
392   ///    branches.
393   ///
394   /// Note that RemoveBranch and InsertBranch must be implemented to support
395   /// cases where this method returns success.
396   ///
397   virtual bool AnalyzeBranch(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock *&TBB,
398                              MachineBasicBlock *&FBB,
399                              std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
400     return true;
401   }
402   
403   /// RemoveBranch - Remove the branching code at the end of the specific MBB.
404   /// this is only invoked in cases where AnalyzeBranch returns success. It
405   /// returns the number of instructions that were removed.
406   virtual unsigned RemoveBranch(MachineBasicBlock &MBB) const {
407     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::RemoveBranch!"); 
408     return 0;
409   }
410   
411   /// InsertBranch - Insert a branch into the end of the specified
412   /// MachineBasicBlock.  This operands to this method are the same as those
413   /// returned by AnalyzeBranch.  This is invoked in cases where AnalyzeBranch
414   /// returns success and when an unconditional branch (TBB is non-null, FBB is
415   /// null, Cond is empty) needs to be inserted. It returns the number of
416   /// instructions inserted.
417   virtual unsigned InsertBranch(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock *TBB,
418                             MachineBasicBlock *FBB,
419                             const std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
420     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::InsertBranch!"); 
421     return 0;
422   }
423   
424   /// BlockHasNoFallThrough - Return true if the specified block does not
425   /// fall-through into its successor block.  This is primarily used when a
426   /// branch is unanalyzable.  It is useful for things like unconditional
427   /// indirect branches (jump tables).
428   virtual bool BlockHasNoFallThrough(MachineBasicBlock &MBB) const {
429     return false;
430   }
431   
432   /// ReverseBranchCondition - Reverses the branch condition of the specified
433   /// condition list, returning false on success and true if it cannot be
434   /// reversed.
435   virtual bool ReverseBranchCondition(std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
436     return true;
437   }
438   
439   /// insertNoop - Insert a noop into the instruction stream at the specified
440   /// point.
441   virtual void insertNoop(MachineBasicBlock &MBB, 
442                           MachineBasicBlock::iterator MI) const {
443     assert(0 && "Target didn't implement insertNoop!");
444     abort();
445   }
446
447   /// isPredicated - Returns true if the instruction is already predicated.
448   ///
449   virtual bool isPredicated(const MachineInstr *MI) const {
450     return false;
451   }
452
453   /// isUnpredicatedTerminator - Returns true if the instruction is a
454   /// terminator instruction that has not been predicated.
455   virtual bool isUnpredicatedTerminator(const MachineInstr *MI) const;
456
457   /// PredicateInstruction - Convert the instruction into a predicated
458   /// instruction. It returns true if the operation was successful.
459   virtual
460   bool PredicateInstruction(MachineInstr *MI,
461                             const std::vector<MachineOperand> &Pred) const;
462
463   /// SubsumesPredicate - Returns true if the first specified predicate
464   /// subsumes the second, e.g. GE subsumes GT.
465   virtual
466   bool SubsumesPredicate(const std::vector<MachineOperand> &Pred1,
467                          const std::vector<MachineOperand> &Pred2) const {
468     return false;
469   }
470
471   /// DefinesPredicate - If the specified instruction defines any predicate
472   /// or condition code register(s) used for predication, returns true as well
473   /// as the definition predicate(s) by reference.
474   virtual bool DefinesPredicate(MachineInstr *MI,
475                                 std::vector<MachineOperand> &Pred) const {
476     return false;
477   }
478
479   /// getPointerRegClass - Returns a TargetRegisterClass used for pointer
480   /// values.
481   virtual const TargetRegisterClass *getPointerRegClass() const {
482     assert(0 && "Target didn't implement getPointerRegClass!");
483     abort();
484     return 0; // Must return a value in order to compile with VS 2005
485   }
486 };
487
488 } // End llvm namespace
489
490 #endif