include/llvm/Target/TargetInstrInfo.h

   1 //===-- llvm/Target/TargetInstrInfo.h - Instruction Info --------*- 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 //
  10 // This file describes the target machine instruction set to the code generator.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #ifndef LLVM_TARGET_TARGETINSTRINFO_H
  15 #define LLVM_TARGET_TARGETINSTRINFO_H
  16
  17 #include "llvm/Target/TargetInstrDesc.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
  19
  20 namespace llvm {
  21
  22 class TargetRegisterClass;
  23 class LiveVariables;
  24 class CalleeSavedInfo;
  25 class SDNode;
  26 class SelectionDAG;
  27
  28 template<class T> class SmallVectorImpl;
  29
  30
  31 //---------------------------------------------------------------------------
  32 ///
  33 /// TargetInstrInfo - Interface to description of machine instruction set
  34 ///
  35 class TargetInstrInfo {
  36   const TargetInstrDesc *Descriptors; // Raw array to allow static init'n
  37   unsigned NumOpcodes;                // Number of entries in the desc array
  38
  39   TargetInstrInfo(const TargetInstrInfo &);  // DO NOT IMPLEMENT
  40   void operator=(const TargetInstrInfo &);   // DO NOT IMPLEMENT
  41 public:
  42   TargetInstrInfo(const TargetInstrDesc *desc, unsigned NumOpcodes);
  43   virtual ~TargetInstrInfo();
  44
  45   // Invariant opcodes: All instruction sets have these as their low opcodes.
  46   enum {
  47     PHI = 0,
  48     INLINEASM = 1,
  49     DBG_LABEL = 2,
  50     EH_LABEL = 3,
  51     GC_LABEL = 4,
  52     DECLARE = 5,
  53     EXTRACT_SUBREG = 6,
  54     INSERT_SUBREG = 7,
  55     IMPLICIT_DEF = 8,
  56     SUBREG_TO_REG = 9
  57   };
  58
  59   unsigned getNumOpcodes() const { return NumOpcodes; }
  60
  61   /// get - Return the machine instruction descriptor that corresponds to the
  62   /// specified instruction opcode.
  63   ///
  64   const TargetInstrDesc &get(unsigned Opcode) const {
  65     assert(Opcode < NumOpcodes && "Invalid opcode!");
  66     return Descriptors[Opcode];
  67   }
  68
  69   /// isTriviallyReMaterializable - Return true if the instruction is trivially
  70   /// rematerializable, meaning it has no side effects and requires no operands
  71   /// that aren't always available.
  72   bool isTriviallyReMaterializable(const MachineInstr *MI) const {
  73     return MI->getDesc().isRematerializable() &&
  74            isReallyTriviallyReMaterializable(MI);
  75   }
  76
  77 protected:
  78   /// isReallyTriviallyReMaterializable - For instructions with opcodes for
  79   /// which the M_REMATERIALIZABLE flag is set, this function tests whether the
  80   /// instruction itself is actually trivially rematerializable, considering
  81   /// its operands.  This is used for targets that have instructions that are
  82   /// only trivially rematerializable for specific uses.  This predicate must
  83   /// return false if the instruction has any side effects other than
  84   /// producing a value, or if it requres any address registers that are not
  85   /// always available.
  86   virtual bool isReallyTriviallyReMaterializable(const MachineInstr *MI) const {
  87     return true;
  88   }
  89
  90 public:
  91   /// Return true if the instruction is a register to register move and return
  92   /// the source and dest operands and their sub-register indices by reference.
  93   virtual bool isMoveInstr(const MachineInstr& MI,
  94                            unsigned& SrcReg, unsigned& DstReg,
  95                            unsigned& SrcSubIdx, unsigned& DstSubIdx) const {
  96     return false;
  97   }
  98
  99   /// isLoadFromStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
 100   /// load from a stack slot, return the virtual or physical register number of
 101   /// the destination along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
 102   /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
 103   /// any side effects other than loading from the stack slot.
 104   virtual unsigned isLoadFromStackSlot(const MachineInstr *MI,
 105                                        int &FrameIndex) const {
 106     return 0;
 107   }
 108
 109   /// isStoreToStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
 110   /// store to a stack slot, return the virtual or physical register number of
 111   /// the source reg along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
 112   /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
 113   /// any side effects other than storing to the stack slot.
 114   virtual unsigned isStoreToStackSlot(const MachineInstr *MI,
 115                                       int &FrameIndex) const {
 116     return 0;
 117   }
 118
 119   /// reMaterialize - Re-issue the specified 'original' instruction at the
 120   /// specific location targeting a new destination register.
 121   virtual void reMaterialize(MachineBasicBlock &MBB,
 122                              MachineBasicBlock::iterator MI,
 123                              unsigned DestReg,
 124                              const MachineInstr *Orig) const = 0;
 125
 126   /// isInvariantLoad - Return true if the specified instruction (which is
 127   /// marked mayLoad) is loading from a location whose value is invariant across
 128   /// the function.  For example, loading a value from the constant pool or from
 129   /// from the argument area of a function if it does not change.  This should
 130   /// only return true of *all* loads the instruction does are invariant (if it
 131   /// does multiple loads).
 132   virtual bool isInvariantLoad(const MachineInstr *MI) const {
 133     return false;
 134   }
 135
 136   /// convertToThreeAddress - This method must be implemented by targets that
 137   /// set the M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR flag.  When this flag is set, the target
 138   /// may be able to convert a two-address instruction into one or more true
 139   /// three-address instructions on demand.  This allows the X86 target (for
 140   /// example) to convert ADD and SHL instructions into LEA instructions if they
 141   /// would require register copies due to two-addressness.
 142   ///
 143   /// This method returns a null pointer if the transformation cannot be
 144   /// performed, otherwise it returns the last new instruction.
 145   ///
 146   virtual MachineInstr *
 147   convertToThreeAddress(MachineFunction::iterator &MFI,
 148                    MachineBasicBlock::iterator &MBBI, LiveVariables *LV) const {
 149     return 0;
 150   }
 151
 152   /// commuteInstruction - If a target has any instructions that are commutable,
 153   /// but require converting to a different instruction or making non-trivial
 154   /// changes to commute them, this method can overloaded to do this.  The
 155   /// default implementation of this method simply swaps the first two operands
 156   /// of MI and returns it.
 157   ///
 158   /// If a target wants to make more aggressive changes, they can construct and
 159   /// return a new machine instruction.  If an instruction cannot commute, it
 160   /// can also return null.
 161   ///
 162   /// If NewMI is true, then a new machine instruction must be created.
 163   ///
 164   virtual MachineInstr *commuteInstruction(MachineInstr *MI,
 165                                            bool NewMI = false) const = 0;
 166
 167   /// CommuteChangesDestination - Return true if commuting the specified
 168   /// instruction will also changes the destination operand. Also return the
 169   /// current operand index of the would be new destination register by
 170   /// reference. This can happen when the commutable instruction is also a
 171   /// two-address instruction.
 172   virtual bool CommuteChangesDestination(MachineInstr *MI,
 173                                          unsigned &OpIdx) const = 0;
 174
 175   /// AnalyzeBranch - Analyze the branching code at the end of MBB, returning
 176   /// true if it cannot be understood (e.g. it's a switch dispatch or isn't
 177   /// implemented for a target).  Upon success, this returns false and returns
 178   /// with the following information in various cases:
 179   ///
 180   /// 1. If this block ends with no branches (it just falls through to its succ)
 181   ///    just return false, leaving TBB/FBB null.
 182   /// 2. If this block ends with only an unconditional branch, it sets TBB to be
 183   ///    the destination block.
 184   /// 3. If this block ends with an conditional branch and it falls through to
 185   ///    an successor block, it sets TBB to be the branch destination block and a
 186   ///    list of operands that evaluate the condition. These
 187   ///    operands can be passed to other TargetInstrInfo methods to create new
 188   ///    branches.
 189   /// 4. If this block ends with an conditional branch and an unconditional
 190   ///    block, it returns the 'true' destination in TBB, the 'false' destination
 191   ///    in FBB, and a list of operands that evaluate the condition. These
 192   ///    operands can be passed to other TargetInstrInfo methods to create new
 193   ///    branches.
 194   ///
 195   /// Note that RemoveBranch and InsertBranch must be implemented to support
 196   /// cases where this method returns success.
 197   ///
 198   virtual bool AnalyzeBranch(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock *&TBB,
 199                              MachineBasicBlock *&FBB,
 200                              SmallVectorImpl<MachineOperand> &Cond) const {
 201     return true;
 202   }
 203
 204   /// RemoveBranch - Remove the branching code at the end of the specific MBB.
 205   /// This is only invoked in cases where AnalyzeBranch returns success. It
 206   /// returns the number of instructions that were removed.
 207   virtual unsigned RemoveBranch(MachineBasicBlock &MBB) const {
 208     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::RemoveBranch!");
 209     return 0;
 210   }
 211
 212   /// InsertBranch - Insert a branch into the end of the specified
 213   /// MachineBasicBlock.  This operands to this method are the same as those
 214   /// returned by AnalyzeBranch.  This is invoked in cases where AnalyzeBranch
 215   /// returns success and when an unconditional branch (TBB is non-null, FBB is
 216   /// null, Cond is empty) needs to be inserted. It returns the number of
 217   /// instructions inserted.
 218   virtual unsigned InsertBranch(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock *TBB,
 219                             MachineBasicBlock *FBB,
 220                             const SmallVectorImpl<MachineOperand> &Cond) const {
 221     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::InsertBranch!");
 222     return 0;
 223   }
 224
 225   /// copyRegToReg - Emit instructions to copy between a pair of registers. It
 226   /// returns false if the target does not how to copy between the specified
 227   /// registers.
 228   virtual bool copyRegToReg(MachineBasicBlock &MBB,
 229                             MachineBasicBlock::iterator MI,
 230                             unsigned DestReg, unsigned SrcReg,
 231                             const TargetRegisterClass *DestRC,
 232                             const TargetRegisterClass *SrcRC) const {
 233     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::copyRegToReg!");
 234     return false;
 235   }
 236
 237   /// storeRegToStackSlot - Store the specified register of the given register
 238   /// class to the specified stack frame index. The store instruction is to be
 239   /// added to the given machine basic block before the specified machine
 240   /// instruction. If isKill is true, the register operand is the last use and
 241   /// must be marked kill.
 242   virtual void storeRegToStackSlot(MachineBasicBlock &MBB,
 243                                    MachineBasicBlock::iterator MI,
 244                                    unsigned SrcReg, bool isKill, int FrameIndex,
 245                                    const TargetRegisterClass *RC) const {
 246     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::storeRegToStackSlot!");
 247   }
 248
 249   /// storeRegToAddr - Store the specified register of the given register class
 250   /// to the specified address. The store instruction is to be added to the
 251   /// given machine basic block before the specified machine instruction. If
 252   /// isKill is true, the register operand is the last use and must be marked
 253   /// kill.
 254   virtual void storeRegToAddr(MachineFunction &MF, unsigned SrcReg, bool isKill,
 255                               SmallVectorImpl<MachineOperand> &Addr,
 256                               const TargetRegisterClass *RC,
 257                               SmallVectorImpl<MachineInstr*> &NewMIs) const {
 258     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::storeRegToAddr!");
 259   }
 260
 261   /// loadRegFromStackSlot - Load the specified register of the given register
 262   /// class from the specified stack frame index. The load instruction is to be
 263   /// added to the given machine basic block before the specified machine
 264   /// instruction.
 265   virtual void loadRegFromStackSlot(MachineBasicBlock &MBB,
 266                                     MachineBasicBlock::iterator MI,
 267                                     unsigned DestReg, int FrameIndex,
 268                                     const TargetRegisterClass *RC) const {
 269     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::loadRegFromStackSlot!");
 270   }
 271
 272   /// loadRegFromAddr - Load the specified register of the given register class
 273   /// class from the specified address. The load instruction is to be added to
 274   /// the given machine basic block before the specified machine instruction.
 275   virtual void loadRegFromAddr(MachineFunction &MF, unsigned DestReg,
 276                                SmallVectorImpl<MachineOperand> &Addr,
 277                                const TargetRegisterClass *RC,
 278                                SmallVectorImpl<MachineInstr*> &NewMIs) const {
 279     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::loadRegFromAddr!");
 280   }
 281
 282   /// spillCalleeSavedRegisters - Issues instruction(s) to spill all callee
 283   /// saved registers and returns true if it isn't possible / profitable to do
 284   /// so by issuing a series of store instructions via
 285   /// storeRegToStackSlot(). Returns false otherwise.
 286   virtual bool spillCalleeSavedRegisters(MachineBasicBlock &MBB,
 287                                          MachineBasicBlock::iterator MI,
 288                                 const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI) const {
 289     return false;
 290   }
 291
 292   /// restoreCalleeSavedRegisters - Issues instruction(s) to restore all callee
 293   /// saved registers and returns true if it isn't possible / profitable to do
 294   /// so by issuing a series of load instructions via loadRegToStackSlot().
 295   /// Returns false otherwise.
 296   virtual bool restoreCalleeSavedRegisters(MachineBasicBlock &MBB,
 297                                            MachineBasicBlock::iterator MI,
 298                                 const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI) const {
 299     return false;
 300   }
 301
 302   /// foldMemoryOperand - Attempt to fold a load or store of the specified stack
 303   /// slot into the specified machine instruction for the specified operand(s).
 304   /// If this is possible, a new instruction is returned with the specified
 305   /// operand folded, otherwise NULL is returned. The client is responsible for
 306   /// removing the old instruction and adding the new one in the instruction
 307   /// stream.
 308   MachineInstr* foldMemoryOperand(MachineFunction &MF,
 309                                   MachineInstr* MI,
 310                                   const SmallVectorImpl<unsigned> &Ops,
 311                                   int FrameIndex) const;
 312
 313   /// foldMemoryOperand - Same as the previous version except it allows folding
 314   /// of any load and store from / to any address, not just from a specific
 315   /// stack slot.
 316   MachineInstr* foldMemoryOperand(MachineFunction &MF,
 317                                   MachineInstr* MI,
 318                                   const SmallVectorImpl<unsigned> &Ops,
 319                                   MachineInstr* LoadMI) const;
 320
 321 protected:
 322   /// foldMemoryOperandImpl - Target-dependent implementation for
 323   /// foldMemoryOperand. Target-independent code in foldMemoryOperand will
 324   /// take care of adding a MachineMemOperand to the newly created instruction.
 325   virtual MachineInstr* foldMemoryOperandImpl(MachineFunction &MF,
 326                                           MachineInstr* MI,
 327                                           const SmallVectorImpl<unsigned> &Ops,
 328                                           int FrameIndex) const {
 329     return 0;
 330   }
 331
 332   /// foldMemoryOperandImpl - Target-dependent implementation for
 333   /// foldMemoryOperand. Target-independent code in foldMemoryOperand will
 334   /// take care of adding a MachineMemOperand to the newly created instruction.
 335   virtual MachineInstr* foldMemoryOperandImpl(MachineFunction &MF,
 336                                               MachineInstr* MI,
 337                                               const SmallVectorImpl<unsigned> &Ops,
 338                                               MachineInstr* LoadMI) const {
 339     return 0;
 340   }
 341
 342 public:
 343   /// canFoldMemoryOperand - Returns true for the specified load / store if
 344   /// folding is possible.
 345   virtual
 346   bool canFoldMemoryOperand(const MachineInstr *MI,
 347                             const SmallVectorImpl<unsigned> &Ops) const {
 348     return false;
 349   }
 350
 351   /// unfoldMemoryOperand - Separate a single instruction which folded a load or
 352   /// a store or a load and a store into two or more instruction. If this is
 353   /// possible, returns true as well as the new instructions by reference.
 354   virtual bool unfoldMemoryOperand(MachineFunction &MF, MachineInstr *MI,
 355                                 unsigned Reg, bool UnfoldLoad, bool UnfoldStore,
 356                                   SmallVectorImpl<MachineInstr*> &NewMIs) const{
 357     return false;
 358   }
 359
 360   virtual bool unfoldMemoryOperand(SelectionDAG &DAG, SDNode *N,
 361                                    SmallVectorImpl<SDNode*> &NewNodes) const {
 362     return false;
 363   }
 364
 365   /// getOpcodeAfterMemoryUnfold - Returns the opcode of the would be new
 366   /// instruction after load / store are unfolded from an instruction of the
 367   /// specified opcode. It returns zero if the specified unfolding is not
 368   /// possible.
 369   virtual unsigned getOpcodeAfterMemoryUnfold(unsigned Opc,
 370                                       bool UnfoldLoad, bool UnfoldStore) const {
 371     return 0;
 372   }
 373
 374   /// BlockHasNoFallThrough - Return true if the specified block does not
 375   /// fall-through into its successor block.  This is primarily used when a
 376   /// branch is unanalyzable.  It is useful for things like unconditional
 377   /// indirect branches (jump tables).
 378   virtual bool BlockHasNoFallThrough(const MachineBasicBlock &MBB) const {
 379     return false;
 380   }
 381
 382   /// ReverseBranchCondition - Reverses the branch condition of the specified
 383   /// condition list, returning false on success and true if it cannot be
 384   /// reversed.
 385   virtual
 386   bool ReverseBranchCondition(SmallVectorImpl<MachineOperand> &Cond) const {
 387     return true;
 388   }
 389
 390   /// insertNoop - Insert a noop into the instruction stream at the specified
 391   /// point.
 392   virtual void insertNoop(MachineBasicBlock &MBB,
 393                           MachineBasicBlock::iterator MI) const {
 394     assert(0 && "Target didn't implement insertNoop!");
 395     abort();
 396   }
 397
 398   /// isPredicated - Returns true if the instruction is already predicated.
 399   ///
 400   virtual bool isPredicated(const MachineInstr *MI) const {
 401     return false;
 402   }
 403
 404   /// isUnpredicatedTerminator - Returns true if the instruction is a
 405   /// terminator instruction that has not been predicated.
 406   virtual bool isUnpredicatedTerminator(const MachineInstr *MI) const;
 407
 408   /// PredicateInstruction - Convert the instruction into a predicated
 409   /// instruction. It returns true if the operation was successful.
 410   virtual
 411   bool PredicateInstruction(MachineInstr *MI,
 412                         const SmallVectorImpl<MachineOperand> &Pred) const = 0;
 413
 414   /// SubsumesPredicate - Returns true if the first specified predicate
 415   /// subsumes the second, e.g. GE subsumes GT.
 416   virtual
 417   bool SubsumesPredicate(const SmallVectorImpl<MachineOperand> &Pred1,
 418                          const SmallVectorImpl<MachineOperand> &Pred2) const {
 419     return false;
 420   }
 421
 422   /// DefinesPredicate - If the specified instruction defines any predicate
 423   /// or condition code register(s) used for predication, returns true as well
 424   /// as the definition predicate(s) by reference.
 425   virtual bool DefinesPredicate(MachineInstr *MI,
 426                                 std::vector<MachineOperand> &Pred) const {
 427     return false;
 428   }
 429
 430   /// isSafeToMoveRegClassDefs - Return true if it's safe to move a machine
 431   /// instruction that defines the specified register class.
 432   virtual bool isSafeToMoveRegClassDefs(const TargetRegisterClass *RC) const {
 433     return true;
 434   }
 435
 436   /// GetInstSize - Returns the size of the specified Instruction.
 437   ///
 438   virtual unsigned GetInstSizeInBytes(const MachineInstr *MI) const {
 439     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::GetInstSize!");
 440     return 0;
 441   }
 442
 443   /// GetFunctionSizeInBytes - Returns the size of the specified MachineFunction.
 444   ///
 445   virtual unsigned GetFunctionSizeInBytes(const MachineFunction &MF) const = 0;
 446 };
 447
 448 /// TargetInstrInfoImpl - This is the default implementation of
 449 /// TargetInstrInfo, which just provides a couple of default implementations
 450 /// for various methods.  This separated out because it is implemented in
 451 /// libcodegen, not in libtarget.
 452 class TargetInstrInfoImpl : public TargetInstrInfo {
 453 protected:
 454   TargetInstrInfoImpl(const TargetInstrDesc *desc, unsigned NumOpcodes)
 455   : TargetInstrInfo(desc, NumOpcodes) {}
 456 public:
 457   virtual MachineInstr *commuteInstruction(MachineInstr *MI,
 458                                            bool NewMI = false) const;
 459   virtual bool CommuteChangesDestination(MachineInstr *MI,
 460                                          unsigned &OpIdx) const;
 461   virtual bool PredicateInstruction(MachineInstr *MI,
 462                             const SmallVectorImpl<MachineOperand> &Pred) const;
 463   virtual void reMaterialize(MachineBasicBlock &MBB,
 464                              MachineBasicBlock::iterator MI,
 465                              unsigned DestReg,
 466                              const MachineInstr *Orig) const;
 467   virtual unsigned GetFunctionSizeInBytes(const MachineFunction &MF) const;
 468 };
 469
 470 } // End llvm namespace
 471
 472 #endif