docs/WritingAnLLVMPass.html

   1 <!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.01//EN"
   2                       "http://www.w3.org/TR/html4/strict.dtd">
   3 <html>
   4 <head>
   5   <meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8">
   6   <title>Writing an LLVM Pass</title>
   7   <link rel="stylesheet" href="llvm.css" type="text/css">
   8 </head>
   9 <body>
  10
  11 <div class="doc_title">
  12   Writing an LLVM Pass
  13 </div>
  14
  15 <ol>
  16   <li><a href="#introduction">Introduction - What is a pass?</a></li>
  17   <li><a href="#quickstart">Quick Start - Writing hello world</a>
  18     <ul>
  19     <li><a href="#makefile">Setting up the build environment</a></li>
  20     <li><a href="#basiccode">Basic code required</a></li>
  21     <li><a href="#running">Running a pass with <tt>opt</tt></a></li>
  22     </ul></li>
  23   <li><a href="#passtype">Pass classes and requirements</a>
  24      <ul>
  25      <li><a href="#ImmutablePass">The <tt>ImmutablePass</tt> class</a></li>
  26      <li><a href="#ModulePass">The <tt>ModulePass</tt> class</a>
  27         <ul>
  28         <li><a href="#runOnModule">The <tt>runOnModule</tt> method</a></li>
  29         </ul></li>
  30      <li><a href="#CallGraphSCCPass">The <tt>CallGraphSCCPass</tt> class</a>
  31         <ul>
  32         <li><a href="#doInitialization_scc">The <tt>doInitialization(CallGraph
  33                                            &amp;)</tt> method</a></li>
  34         <li><a href="#runOnSCC">The <tt>runOnSCC</tt> method</a></li>
  35         <li><a href="#doFinalization_scc">The <tt>doFinalization(CallGraph
  36                                            &amp;)</tt> method</a></li>
  37         </ul></li>
  38      <li><a href="#FunctionPass">The <tt>FunctionPass</tt> class</a>
  39         <ul>
  40         <li><a href="#doInitialization_mod">The <tt>doInitialization(Module
  41                                             &amp;)</tt> method</a></li>
  42         <li><a href="#runOnFunction">The <tt>runOnFunction</tt> method</a></li>
  43         <li><a href="#doFinalization_mod">The <tt>doFinalization(Module
  44                                             &amp;)</tt> method</a></li>
  45         </ul></li>
  46      <li><a href="#LoopPass">The <tt>LoopPass</tt> class</a>
  47         <ul>
  48         <li><a href="#doInitialization_loop">The <tt>doInitialization(Loop *,
  49                                             LPPassManager &amp;)</tt> method</a></li>
  50         <li><a href="#runOnLoop">The <tt>runOnLoop</tt> method</a></li>
  51         <li><a href="#doFinalization_loop">The <tt>doFinalization()
  52                                             </tt> method</a></li>
  53         </ul></li>
  54      <li><a href="#BasicBlockPass">The <tt>BasicBlockPass</tt> class</a>
  55         <ul>
  56         <li><a href="#doInitialization_fn">The <tt>doInitialization(Function
  57                                              &amp;)</tt> method</a></li>
  58         <li><a href="#runOnBasicBlock">The <tt>runOnBasicBlock</tt>
  59                                        method</a></li>
  60         <li><a href="#doFinalization_fn">The <tt>doFinalization(Function
  61                                          &amp;)</tt> method</a></li>
  62         </ul></li>
  63      <li><a href="#MachineFunctionPass">The <tt>MachineFunctionPass</tt>
  64                                         class</a>
  65         <ul>
  66         <li><a href="#runOnMachineFunction">The
  67             <tt>runOnMachineFunction(MachineFunction &amp;)</tt> method</a></li>
  68         </ul></li>
  69      </ul>
  70   <li><a href="#registration">Pass Registration</a>
  71      <ul>
  72      <li><a href="#print">The <tt>print</tt> method</a></li>
  73      </ul></li>
  74   <li><a href="#interaction">Specifying interactions between passes</a>
  75      <ul>
  76      <li><a href="#getAnalysisUsage">The <tt>getAnalysisUsage</tt>
  77                                      method</a></li>
  78      <li><a href="#AU::addRequired">The <tt>AnalysisUsage::addRequired&lt;&gt;</tt> and <tt>AnalysisUsage::addRequiredTransitive&lt;&gt;</tt> methods</a></li>
  79      <li><a href="#AU::addPreserved">The <tt>AnalysisUsage::addPreserved&lt;&gt;</tt> method</a></li>
  80      <li><a href="#AU::examples">Example implementations of <tt>getAnalysisUsage</tt></a></li>
  81      <li><a href="#getAnalysis">The <tt>getAnalysis&lt;&gt;</tt> and
  82 <tt>getAnalysisIfAvailable&lt;&gt;</tt> methods</a></li>
  83      </ul></li>
  84   <li><a href="#analysisgroup">Implementing Analysis Groups</a>
  85      <ul>
  86      <li><a href="#agconcepts">Analysis Group Concepts</a></li>
  87      <li><a href="#registerag">Using <tt>RegisterAnalysisGroup</tt></a></li>
  88      </ul></li>
  89   <li><a href="#passStatistics">Pass Statistics</a>
  90   <li><a href="#passmanager">What PassManager does</a>
  91     <ul>
  92     <li><a href="#releaseMemory">The <tt>releaseMemory</tt> method</a></li>
  93     </ul></li>
  94   <li><a href="#registering">Registering dynamically loaded passes</a>
  95     <ul>
  96       <li><a href="#registering_existing">Using existing registries</a></li>
  97       <li><a href="#registering_new">Creating new registries</a></li>
  98     </ul></li>
  99   <li><a href="#debughints">Using GDB with dynamically loaded passes</a>
 100     <ul>
 101     <li><a href="#breakpoint">Setting a breakpoint in your pass</a></li>
 102     <li><a href="#debugmisc">Miscellaneous Problems</a></li>
 103     </ul></li>
 104   <li><a href="#future">Future extensions planned</a>
 105     <ul>
 106     <li><a href="#SMP">Multithreaded LLVM</a></li>
 107     </ul></li>
 108 </ol>
 109
 110 <div class="doc_author">
 111   <p>Written by <a href="mailto:sabre@nondot.org">Chris Lattner</a> and
 112   <a href="mailto:jlaskey@mac.com">Jim Laskey</a></p>
 113 </div>
 114
 115 <!-- *********************************************************************** -->
 116 <div class="doc_section">
 117   <a name="introduction">Introduction - What is a pass?</a>
 118 </div>
 119 <!-- *********************************************************************** -->
 120
 121 <div class="doc_text">
 122
 123 <p>The LLVM Pass Framework is an important part of the LLVM system, because LLVM
 124 passes are where most of the interesting parts of the compiler exist.  Passes
 125 perform the transformations and optimizations that make up the compiler, they
 126 build the analysis results that are used by these transformations, and they are,
 127 above all, a structuring technique for compiler code.</p>
 128
 129 <p>All LLVM passes are subclasses of the <tt><a
 130 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Pass.html">Pass</a></tt>
 131 class, which implement functionality by overriding virtual methods inherited
 132 from <tt>Pass</tt>.  Depending on how your pass works, you should inherit from
 133 the <tt><a href="#ModulePass">ModulePass</a></tt>, <tt><a
 134 href="#CallGraphSCCPass">CallGraphSCCPass</a></tt>, <tt><a
 135 href="#FunctionPass">FunctionPass</a></tt>, or <tt><a
 136 href="#LoopPass">LoopPass</a></tt>, or <tt><a
 137 href="#BasicBlockPass">BasicBlockPass</a></tt> classes, which gives the system
 138 more information about what your pass does, and how it can be combined with
 139 other passes.  One of the main features of the LLVM Pass Framework is that it
 140 schedules passes to run in an efficient way based on the constraints that your
 141 pass meets (which are indicated by which class they derive from).</p>
 142
 143 <p>We start by showing you how to construct a pass, everything from setting up
 144 the code, to compiling, loading, and executing it.  After the basics are down,
 145 more advanced features are discussed.</p>
 146
 147 </div>
 148
 149 <!-- *********************************************************************** -->
 150 <div class="doc_section">
 151   <a name="quickstart">Quick Start - Writing hello world</a>
 152 </div>
 153 <!-- *********************************************************************** -->
 154
 155 <div class="doc_text">
 156
 157 <p>Here we describe how to write the "hello world" of passes.  The "Hello" pass
 158 is designed to simply print out the name of non-external functions that exist in
 159 the program being compiled.  It does not modify the program at all, it just
 160 inspects it.  The source code and files for this pass are available in the LLVM
 161 source tree in the <tt>lib/Transforms/Hello</tt> directory.</p>
 162
 163 </div>
 164
 165 <!-- ======================================================================= -->
 166 <div class="doc_subsection">
 167   <a name="makefile">Setting up the build environment</a>
 168 </div>
 169
 170 <div class="doc_text">
 171
 172   <p>First, you need to create a new directory somewhere in the LLVM source
 173   base.  For this example, we'll assume that you made
 174   <tt>lib/Transforms/Hello</tt>.  Next, you must set up a build script
 175   (Makefile) that will compile the source code for the new pass.  To do this,
 176   copy the following into <tt>Makefile</tt>:</p>
 177   <hr/>
 178
 179 <div class="doc_code"><pre>
 180 # Makefile for hello pass
 181
 182 # Path to top level of LLVM hierarchy
 183 LEVEL = ../../..
 184
 185 # Name of the library to build
 186 LIBRARYNAME = Hello
 187
 188 # Make the shared library become a loadable module so the tools can
 189 # dlopen/dlsym on the resulting library.
 190 LOADABLE_MODULE = 1
 191
 192 # Include the makefile implementation stuff
 193 include $(LEVEL)/Makefile.common
 194 </pre></div>
 195
 196 <p>This makefile specifies that all of the <tt>.cpp</tt> files in the current
 197 directory are to be compiled and linked together into a
 198 <tt>Debug+Asserts/lib/Hello.so</tt> shared object that can be dynamically loaded by
 199 the <tt>opt</tt> or <tt>bugpoint</tt> tools via their <tt>-load</tt> options.
 200 If your operating system uses a suffix other than .so (such as windows or
 201 Mac OS/X), the appropriate extension will be used.</p>
 202
 203 <p>Now that we have the build scripts set up, we just need to write the code for
 204 the pass itself.</p>
 205
 206 </div>
 207
 208 <!-- ======================================================================= -->
 209 <div class="doc_subsection">
 210   <a name="basiccode">Basic code required</a>
 211 </div>
 212
 213 <div class="doc_text">
 214
 215 <p>Now that we have a way to compile our new pass, we just have to write it.
 216 Start out with:</p>
 217
 218 <div class="doc_code"><pre>
 219 <b>#include</b> "<a href="http://llvm.org/doxygen/Pass_8h-source.html">llvm/Pass.h</a>"
 220 <b>#include</b> "<a href="http://llvm.org/doxygen/Function_8h-source.html">llvm/Function.h</a>"
 221 <b>#include</b> "<a href="http://llvm.org/doxygen/raw__ostream_8h.html">llvm/Support/raw_ostream.h</a>"
 222 </pre></div>
 223
 224 <p>Which are needed because we are writing a <tt><a
 225 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Pass.html">Pass</a></tt>,
 226 we are operating on <tt><a
 227 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Function.html">Function</a></tt>'s,
 228 and we will be doing some printing.</p>
 229
 230 <p>Next we have:</p>
 231 <div class="doc_code"><pre>
 232 <b>using namespace llvm;</b>
 233 </pre></div>
 234 <p>... which is required because the functions from the include files
 235 live in the llvm namespace.
 236 </p>
 237
 238 <p>Next we have:</p>
 239
 240 <div class="doc_code"><pre>
 241 <b>namespace</b> {
 242 </pre></div>
 243
 244 <p>... which starts out an anonymous namespace.  Anonymous namespaces are to C++
 245 what the "<tt>static</tt>" keyword is to C (at global scope).  It makes the
 246 things declared inside of the anonymous namespace only visible to the current
 247 file.  If you're not familiar with them, consult a decent C++ book for more
 248 information.</p>
 249
 250 <p>Next, we declare our pass itself:</p>
 251
 252 <div class="doc_code"><pre>
 253   <b>struct</b> Hello : <b>public</b> <a href="#FunctionPass">FunctionPass</a> {
 254 </pre></div><p>
 255
 256 <p>This declares a "<tt>Hello</tt>" class that is a subclass of <tt><a
 257 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1FunctionPass.html">FunctionPass</a></tt>.
 258 The different builtin pass subclasses are described in detail <a
 259 href="#passtype">later</a>, but for now, know that <a
 260 href="#FunctionPass"><tt>FunctionPass</tt></a>'s operate a function at a
 261 time.</p>
 262
 263 <div class="doc_code"><pre>
 264      static char ID;
 265      Hello() : FunctionPass(&amp;ID) {}
 266 </pre></div><p>
 267
 268 <p> This declares pass identifier used by LLVM to identify pass. This allows LLVM to
 269 avoid using expensive C++ runtime information.</p>
 270
 271 <div class="doc_code"><pre>
 272     <b>virtual bool</b> <a href="#runOnFunction">runOnFunction</a>(Function &amp;F) {
 273       errs() &lt;&lt; "<i>Hello: </i>" &lt;&lt; F.getName() &lt;&lt; "\n";
 274       <b>return false</b>;
 275     }
 276   };  <i>// end of struct Hello</i>
 277 </pre></div>
 278
 279 <p>We declare a "<a href="#runOnFunction"><tt>runOnFunction</tt></a>" method,
 280 which overloads an abstract virtual method inherited from <a
 281 href="#FunctionPass"><tt>FunctionPass</tt></a>.  This is where we are supposed
 282 to do our thing, so we just print out our message with the name of each
 283 function.</p>
 284
 285 <div class="doc_code"><pre>
 286   char Hello::ID = 0;
 287 </pre></div>
 288
 289 <p> We initialize pass ID here. LLVM uses ID's address to identify pass so
 290 initialization value is not important.</p>
 291
 292 <div class="doc_code"><pre>
 293   INITIALIZE_PASS(Hello, "<i>hello</i>", "<i>Hello World Pass</i>",
 294                         false /* Only looks at CFG */,
 295                         false /* Analysis Pass */);
 296 }  <i>// end of anonymous namespace</i>
 297 </pre></div>
 298
 299 <p>Lastly, we <a href="#registration">register our class</a> <tt>Hello</tt>,
 300 giving it a command line
 301 argument "<tt>hello</tt>", and a name "<tt>Hello World Pass</tt>".
 302 Last two arguments describe its behavior.
 303 If a pass walks CFG without modifying it then third argument is set to true.
 304 If  a pass is an analysis pass, for example dominator tree pass, then true
 305 is supplied as fourth argument. </p>
 306
 307 <p>As a whole, the <tt>.cpp</tt> file looks like:</p>
 308
 309 <div class="doc_code"><pre>
 310 <b>#include</b> "<a href="http://llvm.org/doxygen/Pass_8h-source.html">llvm/Pass.h</a>"
 311 <b>#include</b> "<a href="http://llvm.org/doxygen/Function_8h-source.html">llvm/Function.h</a>"
 312 <b>#include</b> "<a href="http://llvm.org/doxygen/raw__ostream_8h.html">llvm/Support/raw_ostream.h</a>"
 313
 314 <b>using namespace llvm;</b>
 315
 316 <b>namespace</b> {
 317   <b>struct Hello</b> : <b>public</b> <a href="#FunctionPass">FunctionPass</a> {
 318
 319     static char ID;
 320     Hello() : FunctionPass(&amp;ID) {}
 321
 322     <b>virtual bool</b> <a href="#runOnFunction">runOnFunction</a>(Function &amp;F) {
 323       errs() &lt;&lt; "<i>Hello: </i>" &lt;&lt; F.getName() &lt;&lt; "\n";
 324       <b>return false</b>;
 325     }
 326   };
 327
 328   char Hello::ID = 0;
 329   INITIALIZE_PASS(Hello, "<i>Hello</i>", "<i>Hello World Pass</i>", false, false);
 330 }
 331
 332 </pre></div>
 333
 334 <p>Now that it's all together, compile the file with a simple "<tt>gmake</tt>"
 335 command in the local directory and you should get a new
 336 "<tt>Debug+Asserts/lib/Hello.so</tt> file.  Note that everything in this file is
 337 contained in an anonymous namespace: this reflects the fact that passes are self
 338 contained units that do not need external interfaces (although they can have
 339 them) to be useful.</p>
 340
 341 </div>
 342
 343 <!-- ======================================================================= -->
 344 <div class="doc_subsection">
 345   <a name="running">Running a pass with <tt>opt</tt></a>
 346 </div>
 347
 348 <div class="doc_text">
 349
 350 <p>Now that you have a brand new shiny shared object file, we can use the
 351 <tt>opt</tt> command to run an LLVM program through your pass.  Because you
 352 registered your pass with the <tt>INITIALIZE_PASS</tt> macro, you will be able to
 353 use the <tt>opt</tt> tool to access it, once loaded.</p>
 354
 355 <p>To test it, follow the example at the end of the <a
 356 href="GettingStarted.html">Getting Started Guide</a> to compile "Hello World" to
 357 LLVM.  We can now run the bitcode file (<tt>hello.bc</tt>) for the program
 358 through our transformation like this (or course, any bitcode file will
 359 work):</p>
 360
 361 <div class="doc_code"><pre>
 362 $ opt -load ../../../Debug+Asserts/lib/Hello.so -hello &lt; hello.bc &gt; /dev/null
 363 Hello: __main
 364 Hello: puts
 365 Hello: main
 366 </pre></div>
 367
 368 <p>The '<tt>-load</tt>' option specifies that '<tt>opt</tt>' should load your
 369 pass as a shared object, which makes '<tt>-hello</tt>' a valid command line
 370 argument (which is one reason you need to <a href="#registration">register your
 371 pass</a>).  Because the hello pass does not modify the program in any
 372 interesting way, we just throw away the result of <tt>opt</tt> (sending it to
 373 <tt>/dev/null</tt>).</p>
 374
 375 <p>To see what happened to the other string you registered, try running
 376 <tt>opt</tt> with the <tt>-help</tt> option:</p>
 377
 378 <div class="doc_code"><pre>
 379 $ opt -load ../../../Debug+Asserts/lib/Hello.so -help
 380 OVERVIEW: llvm .bc -&gt; .bc modular optimizer
 381
 382 USAGE: opt [options] &lt;input bitcode&gt;
 383
 384 OPTIONS:
 385   Optimizations available:
 386 ...
 387     -funcresolve    - Resolve Functions
 388     -gcse           - Global Common Subexpression Elimination
 389     -globaldce      - Dead Global Elimination
 390     <b>-hello          - Hello World Pass</b>
 391     -indvars        - Canonicalize Induction Variables
 392     -inline         - Function Integration/Inlining
 393     -instcombine    - Combine redundant instructions
 394 ...
 395 </pre></div>
 396
 397 <p>The pass name get added as the information string for your pass, giving some
 398 documentation to users of <tt>opt</tt>.  Now that you have a working pass, you
 399 would go ahead and make it do the cool transformations you want.  Once you get
 400 it all working and tested, it may become useful to find out how fast your pass
 401 is.  The <a href="#passManager"><tt>PassManager</tt></a> provides a nice command
 402 line option (<tt>--time-passes</tt>) that allows you to get information about
 403 the execution time of your pass along with the other passes you queue up.  For
 404 example:</p>
 405
 406 <div class="doc_code"><pre>
 407 $ opt -load ../../../Debug+Asserts/lib/Hello.so -hello -time-passes &lt; hello.bc &gt; /dev/null
 408 Hello: __main
 409 Hello: puts
 410 Hello: main
 411 ===============================================================================
 412                       ... Pass execution timing report ...
 413 ===============================================================================
 414   Total Execution Time: 0.02 seconds (0.0479059 wall clock)
 415
 416    ---User Time---   --System Time--   --User+System--   ---Wall Time---  --- Pass Name ---
 417    0.0100 (100.0%)   0.0000 (  0.0%)   0.0100 ( 50.0%)   0.0402 ( 84.0%)  Bitcode Writer
 418    0.0000 (  0.0%)   0.0100 (100.0%)   0.0100 ( 50.0%)   0.0031 (  6.4%)  Dominator Set Construction
 419    0.0000 (  0.0%)   0.0000 (  0.0%)   0.0000 (  0.0%)   0.0013 (  2.7%)  Module Verifier
 420  <b>  0.0000 (  0.0%)   0.0000 (  0.0%)   0.0000 (  0.0%)   0.0033 (  6.9%)  Hello World Pass</b>
 421    0.0100 (100.0%)   0.0100 (100.0%)   0.0200 (100.0%)   0.0479 (100.0%)  TOTAL
 422 </pre></div>
 423
 424 <p>As you can see, our implementation above is pretty fast :).  The additional
 425 passes listed are automatically inserted by the '<tt>opt</tt>' tool to verify
 426 that the LLVM emitted by your pass is still valid and well formed LLVM, which
 427 hasn't been broken somehow.</p>
 428
 429 <p>Now that you have seen the basics of the mechanics behind passes, we can talk
 430 about some more details of how they work and how to use them.</p>
 431
 432 </div>
 433
 434 <!-- *********************************************************************** -->
 435 <div class="doc_section">
 436   <a name="passtype">Pass classes and requirements</a>
 437 </div>
 438 <!-- *********************************************************************** -->
 439
 440 <div class="doc_text">
 441
 442 <p>One of the first things that you should do when designing a new pass is to
 443 decide what class you should subclass for your pass.  The <a
 444 href="#basiccode">Hello World</a> example uses the <tt><a
 445 href="#FunctionPass">FunctionPass</a></tt> class for its implementation, but we
 446 did not discuss why or when this should occur.  Here we talk about the classes
 447 available, from the most general to the most specific.</p>
 448
 449 <p>When choosing a superclass for your Pass, you should choose the <b>most
 450 specific</b> class possible, while still being able to meet the requirements
 451 listed.  This gives the LLVM Pass Infrastructure information necessary to
 452 optimize how passes are run, so that the resultant compiler isn't unnecessarily
 453 slow.</p>
 454
 455 </div>
 456
 457 <!-- ======================================================================= -->
 458 <div class="doc_subsection">
 459   <a name="ImmutablePass">The <tt>ImmutablePass</tt> class</a>
 460 </div>
 461
 462 <div class="doc_text">
 463
 464 <p>The most plain and boring type of pass is the "<tt><a
 465 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1ImmutablePass.html">ImmutablePass</a></tt>"
 466 class.  This pass type is used for passes that do not have to be run, do not
 467 change state, and never need to be updated.  This is not a normal type of
 468 transformation or analysis, but can provide information about the current
 469 compiler configuration.</p>
 470
 471 <p>Although this pass class is very infrequently used, it is important for
 472 providing information about the current target machine being compiled for, and
 473 other static information that can affect the various transformations.</p>
 474
 475 <p><tt>ImmutablePass</tt>es never invalidate other transformations, are never
 476 invalidated, and are never "run".</p>
 477
 478 </div>
 479
 480 <!-- ======================================================================= -->
 481 <div class="doc_subsection">
 482   <a name="ModulePass">The <tt>ModulePass</tt> class</a>
 483 </div>
 484
 485 <div class="doc_text">
 486
 487 <p>The "<tt><a
 488 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1ModulePass.html">ModulePass</a></tt>"
 489 class is the most general of all superclasses that you can use.  Deriving from
 490 <tt>ModulePass</tt> indicates that your pass uses the entire program as a unit,
 491 referring to function bodies in no predictable order, or adding and removing
 492 functions.  Because nothing is known about the behavior of <tt>ModulePass</tt>
 493 subclasses, no optimization can be done for their execution.</p>
 494
 495 <p>A module pass can use function level passes (e.g. dominators) using
 496 the getAnalysis interface
 497 <tt>getAnalysis&lt;DominatorTree&gt;(llvm::Function *)</tt> to provide the
 498 function to retrieve analysis result for, if the function pass does not require
 499 any module or immutable passes. Note that this can only be done for functions for which the
 500 analysis ran, e.g. in the case of dominators you should only ask for the
 501 DominatorTree for function definitions, not declarations.</p>
 502
 503 <p>To write a correct <tt>ModulePass</tt> subclass, derive from
 504 <tt>ModulePass</tt> and overload the <tt>runOnModule</tt> method with the
 505 following signature:</p>
 506
 507 </div>
 508
 509 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 510 <div class="doc_subsubsection">
 511   <a name="runOnModule">The <tt>runOnModule</tt> method</a>
 512 </div>
 513
 514 <div class="doc_text">
 515
 516 <div class="doc_code"><pre>
 517   <b>virtual bool</b> runOnModule(Module &amp;M) = 0;
 518 </pre></div>
 519
 520 <p>The <tt>runOnModule</tt> method performs the interesting work of the pass.
 521 It should return true if the module was modified by the transformation and
 522 false otherwise.</p>
 523
 524 </div>
 525
 526 <!-- ======================================================================= -->
 527 <div class="doc_subsection">
 528   <a name="CallGraphSCCPass">The <tt>CallGraphSCCPass</tt> class</a>
 529 </div>
 530
 531 <div class="doc_text">
 532
 533 <p>The "<tt><a
 534 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1CallGraphSCCPass.html">CallGraphSCCPass</a></tt>"
 535 is used by passes that need to traverse the program bottom-up on the call graph
 536 (callees before callers).  Deriving from CallGraphSCCPass provides some
 537 mechanics for building and traversing the CallGraph, but also allows the system
 538 to optimize execution of CallGraphSCCPass's.  If your pass meets the
 539 requirements outlined below, and doesn't meet the requirements of a <tt><a
 540 href="#FunctionPass">FunctionPass</a></tt> or <tt><a
 541 href="#BasicBlockPass">BasicBlockPass</a></tt>, you should derive from
 542 <tt>CallGraphSCCPass</tt>.</p>
 543
 544 <p><b>TODO</b>: explain briefly what SCC, Tarjan's algo, and B-U mean.</p>
 545
 546 <p>To be explicit, <tt>CallGraphSCCPass</tt> subclasses are:</p>
 547
 548 <ol>
 549
 550 <li>... <em>not allowed</em> to modify any <tt>Function</tt>s that are not in
 551 the current SCC.</li>
 552
 553 <li>... <em>not allowed</em> to inspect any Function's other than those in the
 554 current SCC and the direct callees of the SCC.</li>
 555
 556 <li>... <em>required</em> to preserve the current CallGraph object, updating it
 557 to reflect any changes made to the program.</li>
 558
 559 <li>... <em>not allowed</em> to add or remove SCC's from the current Module,
 560 though they may change the contents of an SCC.</li>
 561
 562 <li>... <em>allowed</em> to add or remove global variables from the current
 563 Module.</li>
 564
 565 <li>... <em>allowed</em> to maintain state across invocations of
 566     <a href="#runOnSCC"><tt>runOnSCC</tt></a> (including global data).</li>
 567 </ol>
 568
 569 <p>Implementing a <tt>CallGraphSCCPass</tt> is slightly tricky in some cases
 570 because it has to handle SCCs with more than one node in it.  All of the virtual
 571 methods described below should return true if they modified the program, or
 572 false if they didn't.</p>
 573
 574 </div>
 575
 576 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 577 <div class="doc_subsubsection">
 578   <a name="doInitialization_scc">The <tt>doInitialization(CallGraph &amp;)</tt>
 579   method</a>
 580 </div>
 581
 582 <div class="doc_text">
 583
 584 <div class="doc_code"><pre>
 585   <b>virtual bool</b> doInitialization(CallGraph &amp;CG);
 586 </pre></div>
 587
 588 <p>The <tt>doIninitialize</tt> method is allowed to do most of the things that
 589 <tt>CallGraphSCCPass</tt>'s are not allowed to do.  They can add and remove
 590 functions, get pointers to functions, etc.  The <tt>doInitialization</tt> method
 591 is designed to do simple initialization type of stuff that does not depend on
 592 the SCCs being processed.  The <tt>doInitialization</tt> method call is not
 593 scheduled to overlap with any other pass executions (thus it should be very
 594 fast).</p>
 595
 596 </div>
 597
 598 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 599 <div class="doc_subsubsection">
 600   <a name="runOnSCC">The <tt>runOnSCC</tt> method</a>
 601 </div>
 602
 603 <div class="doc_text">
 604
 605 <div class="doc_code"><pre>
 606   <b>virtual bool</b> runOnSCC(CallGraphSCC &amp;SCC) = 0;
 607 </pre></div>
 608
 609 <p>The <tt>runOnSCC</tt> method performs the interesting work of the pass, and
 610 should return true if the module was modified by the transformation, false
 611 otherwise.</p>
 612
 613 </div>
 614
 615 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 616 <div class="doc_subsubsection">
 617   <a name="doFinalization_scc">The <tt>doFinalization(CallGraph
 618    &amp;)</tt> method</a>
 619 </div>
 620
 621 <div class="doc_text">
 622
 623 <div class="doc_code"><pre>
 624   <b>virtual bool</b> doFinalization(CallGraph &amp;CG);
 625 </pre></div>
 626
 627 <p>The <tt>doFinalization</tt> method is an infrequently used method that is
 628 called when the pass framework has finished calling <a
 629 href="#runOnFunction"><tt>runOnFunction</tt></a> for every function in the
 630 program being compiled.</p>
 631
 632 </div>
 633
 634 <!-- ======================================================================= -->
 635 <div class="doc_subsection">
 636   <a name="FunctionPass">The <tt>FunctionPass</tt> class</a>
 637 </div>
 638
 639 <div class="doc_text">
 640
 641 <p>In contrast to <tt>ModulePass</tt> subclasses, <tt><a
 642 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1Pass.html">FunctionPass</a></tt>
 643 subclasses do have a predictable, local behavior that can be expected by the
 644 system.  All <tt>FunctionPass</tt> execute on each function in the program
 645 independent of all of the other functions in the program.
 646 <tt>FunctionPass</tt>'s do not require that they are executed in a particular
 647 order, and <tt>FunctionPass</tt>'s do not modify external functions.</p>
 648
 649 <p>To be explicit, <tt>FunctionPass</tt> subclasses are not allowed to:</p>
 650
 651 <ol>
 652 <li>Modify a Function other than the one currently being processed.</li>
 653 <li>Add or remove Function's from the current Module.</li>
 654 <li>Add or remove global variables from the current Module.</li>
 655 <li>Maintain state across invocations of
 656     <a href="#runOnFunction"><tt>runOnFunction</tt></a> (including global data)</li>
 657 </ol>
 658
 659 <p>Implementing a <tt>FunctionPass</tt> is usually straightforward (See the <a
 660 href="#basiccode">Hello World</a> pass for example).  <tt>FunctionPass</tt>'s
 661 may overload three virtual methods to do their work.  All of these methods
 662 should return true if they modified the program, or false if they didn't.</p>
 663
 664 </div>
 665
 666 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 667 <div class="doc_subsubsection">
 668   <a name="doInitialization_mod">The <tt>doInitialization(Module &amp;)</tt>
 669   method</a>
 670 </div>
 671
 672 <div class="doc_text">
 673
 674 <div class="doc_code"><pre>
 675   <b>virtual bool</b> doInitialization(Module &amp;M);
 676 </pre></div>
 677
 678 <p>The <tt>doIninitialize</tt> method is allowed to do most of the things that
 679 <tt>FunctionPass</tt>'s are not allowed to do.  They can add and remove
 680 functions, get pointers to functions, etc.  The <tt>doInitialization</tt> method
 681 is designed to do simple initialization type of stuff that does not depend on
 682 the functions being processed.  The <tt>doInitialization</tt> method call is not
 683 scheduled to overlap with any other pass executions (thus it should be very
 684 fast).</p>
 685
 686 <p>A good example of how this method should be used is the <a
 687 href="http://llvm.org/doxygen/LowerAllocations_8cpp-source.html">LowerAllocations</a>
 688 pass.  This pass converts <tt>malloc</tt> and <tt>free</tt> instructions into
 689 platform dependent <tt>malloc()</tt> and <tt>free()</tt> function calls.  It
 690 uses the <tt>doInitialization</tt> method to get a reference to the malloc and
 691 free functions that it needs, adding prototypes to the module if necessary.</p>
 692
 693 </div>
 694
 695 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 696 <div class="doc_subsubsection">
 697   <a name="runOnFunction">The <tt>runOnFunction</tt> method</a>
 698 </div>
 699
 700 <div class="doc_text">
 701
 702 <div class="doc_code"><pre>
 703   <b>virtual bool</b> runOnFunction(Function &amp;F) = 0;
 704 </pre></div><p>
 705
 706 <p>The <tt>runOnFunction</tt> method must be implemented by your subclass to do
 707 the transformation or analysis work of your pass.  As usual, a true value should
 708 be returned if the function is modified.</p>
 709
 710 </div>
 711
 712 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 713 <div class="doc_subsubsection">
 714   <a name="doFinalization_mod">The <tt>doFinalization(Module
 715   &amp;)</tt> method</a>
 716 </div>
 717
 718 <div class="doc_text">
 719
 720 <div class="doc_code"><pre>
 721   <b>virtual bool</b> doFinalization(Module &amp;M);
 722 </pre></div>
 723
 724 <p>The <tt>doFinalization</tt> method is an infrequently used method that is
 725 called when the pass framework has finished calling <a
 726 href="#runOnFunction"><tt>runOnFunction</tt></a> for every function in the
 727 program being compiled.</p>
 728
 729 </div>
 730
 731 <!-- ======================================================================= -->
 732 <div class="doc_subsection">
 733   <a name="LoopPass">The <tt>LoopPass</tt> class </a>
 734 </div>
 735
 736 <div class="doc_text">
 737
 738 <p> All <tt>LoopPass</tt> execute on each loop in the function independent of
 739 all of the other loops in the function. <tt>LoopPass</tt> processes loops in
 740 loop nest order such that outer most loop is processed last. </p>
 741
 742 <p> <tt>LoopPass</tt> subclasses are allowed to update loop nest using
 743 <tt>LPPassManager</tt> interface. Implementing a loop pass is usually
 744 straightforward. <tt>Looppass</tt>'s may overload three virtual methods to
 745 do their work. All these methods should return true if they modified the
 746 program, or false if they didn't. </p>
 747 </div>
 748
 749 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 750 <div class="doc_subsubsection">
 751   <a name="doInitialization_loop">The <tt>doInitialization(Loop *,
 752                                                  LPPassManager &amp;)</tt>
 753   method</a>
 754 </div>
 755
 756 <div class="doc_text">
 757
 758 <div class="doc_code"><pre>
 759   <b>virtual bool</b> doInitialization(Loop *, LPPassManager &amp;LPM);
 760 </pre></div>
 761
 762 <p>The <tt>doInitialization</tt> method is designed to do simple initialization
 763 type of stuff that does not depend on the functions being processed.  The
 764 <tt>doInitialization</tt> method call is not scheduled to overlap with any
 765 other pass executions (thus it should be very fast). LPPassManager
 766 interface should be used to access Function or Module level analysis
 767 information.</p>
 768
 769 </div>
 770
 771
 772 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 773 <div class="doc_subsubsection">
 774   <a name="runOnLoop">The <tt>runOnLoop</tt> method</a>
 775 </div>
 776
 777 <div class="doc_text">
 778
 779 <div class="doc_code"><pre>
 780   <b>virtual bool</b> runOnLoop(Loop *, LPPassManager &amp;LPM) = 0;
 781 </pre></div><p>
 782
 783 <p>The <tt>runOnLoop</tt> method must be implemented by your subclass to do
 784 the transformation or analysis work of your pass.  As usual, a true value should
 785 be returned if the function is modified. <tt>LPPassManager</tt> interface
 786 should be used to update loop nest.</p>
 787
 788 </div>
 789
 790 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 791 <div class="doc_subsubsection">
 792   <a name="doFinalization_loop">The <tt>doFinalization()</tt> method</a>
 793 </div>
 794
 795 <div class="doc_text">
 796
 797 <div class="doc_code"><pre>
 798   <b>virtual bool</b> doFinalization();
 799 </pre></div>
 800
 801 <p>The <tt>doFinalization</tt> method is an infrequently used method that is
 802 called when the pass framework has finished calling <a
 803 href="#runOnLoop"><tt>runOnLoop</tt></a> for every loop in the
 804 program being compiled. </p>
 805
 806 </div>
 807
 808
 809
 810 <!-- ======================================================================= -->
 811 <div class="doc_subsection">
 812   <a name="BasicBlockPass">The <tt>BasicBlockPass</tt> class</a>
 813 </div>
 814
 815 <div class="doc_text">
 816
 817 <p><tt>BasicBlockPass</tt>'s are just like <a
 818 href="#FunctionPass"><tt>FunctionPass</tt></a>'s, except that they must limit
 819 their scope of inspection and modification to a single basic block at a time.
 820 As such, they are <b>not</b> allowed to do any of the following:</p>
 821
 822 <ol>
 823 <li>Modify or inspect any basic blocks outside of the current one</li>
 824 <li>Maintain state across invocations of
 825     <a href="#runOnBasicBlock"><tt>runOnBasicBlock</tt></a></li>
 826 <li>Modify the control flow graph (by altering terminator instructions)</li>
 827 <li>Any of the things forbidden for
 828     <a href="#FunctionPass"><tt>FunctionPass</tt></a>es.</li>
 829 </ol>
 830
 831 <p><tt>BasicBlockPass</tt>es are useful for traditional local and "peephole"
 832 optimizations.  They may override the same <a
 833 href="#doInitialization_mod"><tt>doInitialization(Module &amp;)</tt></a> and <a
 834 href="#doFinalization_mod"><tt>doFinalization(Module &amp;)</tt></a> methods that <a
 835 href="#FunctionPass"><tt>FunctionPass</tt></a>'s have, but also have the following virtual methods that may also be implemented:</p>
 836
 837 </div>
 838
 839 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 840 <div class="doc_subsubsection">
 841   <a name="doInitialization_fn">The <tt>doInitialization(Function
 842   &amp;)</tt> method</a>
 843 </div>
 844
 845 <div class="doc_text">
 846
 847 <div class="doc_code"><pre>
 848   <b>virtual bool</b> doInitialization(Function &amp;F);
 849 </pre></div>
 850
 851 <p>The <tt>doIninitialize</tt> method is allowed to do most of the things that
 852 <tt>BasicBlockPass</tt>'s are not allowed to do, but that
 853 <tt>FunctionPass</tt>'s can.  The <tt>doInitialization</tt> method is designed
 854 to do simple initialization that does not depend on the
 855 BasicBlocks being processed.  The <tt>doInitialization</tt> method call is not
 856 scheduled to overlap with any other pass executions (thus it should be very
 857 fast).</p>
 858
 859 </div>
 860
 861 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 862 <div class="doc_subsubsection">
 863   <a name="runOnBasicBlock">The <tt>runOnBasicBlock</tt> method</a>
 864 </div>
 865
 866 <div class="doc_text">
 867
 868 <div class="doc_code"><pre>
 869   <b>virtual bool</b> runOnBasicBlock(BasicBlock &amp;BB) = 0;
 870 </pre></div>
 871
 872 <p>Override this function to do the work of the <tt>BasicBlockPass</tt>.  This
 873 function is not allowed to inspect or modify basic blocks other than the
 874 parameter, and are not allowed to modify the CFG.  A true value must be returned
 875 if the basic block is modified.</p>
 876
 877 </div>
 878
 879 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 880 <div class="doc_subsubsection">
 881   <a name="doFinalization_fn">The <tt>doFinalization(Function &amp;)</tt>
 882   method</a>
 883 </div>
 884
 885 <div class="doc_text">
 886
 887 <div class="doc_code"><pre>
 888   <b>virtual bool</b> doFinalization(Function &amp;F);
 889 </pre></div>
 890
 891 <p>The <tt>doFinalization</tt> method is an infrequently used method that is
 892 called when the pass framework has finished calling <a
 893 href="#runOnBasicBlock"><tt>runOnBasicBlock</tt></a> for every BasicBlock in the
 894 program being compiled.  This can be used to perform per-function
 895 finalization.</p>
 896
 897 </div>
 898
 899 <!-- ======================================================================= -->
 900 <div class="doc_subsection">
 901   <a name="MachineFunctionPass">The <tt>MachineFunctionPass</tt> class</a>
 902 </div>
 903
 904 <div class="doc_text">
 905
 906 <p>A <tt>MachineFunctionPass</tt> is a part of the LLVM code generator that
 907 executes on the machine-dependent representation of each LLVM function in the
 908 program.</p>
 909
 910 <p>Code generator passes are registered and initialized specially by
 911 <tt>TargetMachine::addPassesToEmitFile</tt> and similar routines, so they
 912 cannot generally be run from the <tt>opt</tt> or <tt>bugpoint</tt>
 913 commands.</p>
 914
 915 <p>A <tt>MachineFunctionPass</tt> is also a <tt>FunctionPass</tt>, so all
 916 the restrictions that apply to a <tt>FunctionPass</tt> also apply to it.
 917 <tt>MachineFunctionPass</tt>es also have additional restrictions. In particular,
 918 <tt>MachineFunctionPass</tt>es are not allowed to do any of the following:</p>
 919
 920 <ol>
 921 <li>Modify or create any LLVM IR Instructions, BasicBlocks, Arguments,
 922     Functions, GlobalVariables, GlobalAliases, or Modules.</li>
 923 <li>Modify a MachineFunction other than the one currently being processed.</li>
 924 <li>Maintain state across invocations of <a
 925 href="#runOnMachineFunction"><tt>runOnMachineFunction</tt></a> (including global
 926 data)</li>
 927 </ol>
 928
 929 </div>
 930
 931 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 932 <div class="doc_subsubsection">
 933   <a name="runOnMachineFunction">The <tt>runOnMachineFunction(MachineFunction
 934   &amp;MF)</tt> method</a>
 935 </div>
 936
 937 <div class="doc_text">
 938
 939 <div class="doc_code"><pre>
 940   <b>virtual bool</b> runOnMachineFunction(MachineFunction &amp;MF) = 0;
 941 </pre></div>
 942
 943 <p><tt>runOnMachineFunction</tt> can be considered the main entry point of a
 944 <tt>MachineFunctionPass</tt>; that is, you should override this method to do the
 945 work of your <tt>MachineFunctionPass</tt>.</p>
 946
 947 <p>The <tt>runOnMachineFunction</tt> method is called on every
 948 <tt>MachineFunction</tt> in a <tt>Module</tt>, so that the
 949 <tt>MachineFunctionPass</tt> may perform optimizations on the machine-dependent
 950 representation of the function. If you want to get at the LLVM <tt>Function</tt>
 951 for the <tt>MachineFunction</tt> you're working on, use
 952 <tt>MachineFunction</tt>'s <tt>getFunction()</tt> accessor method -- but
 953 remember, you may not modify the LLVM <tt>Function</tt> or its contents from a
 954 <tt>MachineFunctionPass</tt>.</p>
 955
 956 </div>
 957
 958 <!-- *********************************************************************** -->
 959 <div class="doc_section">
 960   <a name="registration">Pass registration</a>
 961 </div>
 962 <!-- *********************************************************************** -->
 963
 964 <div class="doc_text">
 965
 966 <p>In the <a href="#basiccode">Hello World</a> example pass we illustrated how
 967 pass registration works, and discussed some of the reasons that it is used and
 968 what it does.  Here we discuss how and why passes are registered.</p>
 969
 970 <p>As we saw above, passes are registered with the <b><tt>INITIALIZE_PASS</tt></b>
 971 macro.  The first parameter is the name of the pass that is to be used on
 972 the command line to specify that the pass should be added to a program (for
 973 example, with <tt>opt</tt> or <tt>bugpoint</tt>).  The second argument is the
 974 name of the pass, which is to be used for the <tt>-help</tt> output of
 975 programs, as
 976 well as for debug output generated by the <tt>--debug-pass</tt> option.</p>
 977
 978 <p>If you want your pass to be easily dumpable, you should
 979 implement the virtual <tt>print</tt> method:</p>
 980
 981 </div>
 982
 983 <!-- _______________________________________________________________________ -->
 984 <div class="doc_subsubsection">
 985   <a name="print">The <tt>print</tt> method</a>
 986 </div>
 987
 988 <div class="doc_text">
 989
 990 <div class="doc_code"><pre>
 991   <b>virtual void</b> print(std::ostream &amp;O, <b>const</b> Module *M) <b>const</b>;
 992 </pre></div>
 993
 994 <p>The <tt>print</tt> method must be implemented by "analyses" in order to print
 995 a human readable version of the analysis results.  This is useful for debugging
 996 an analysis itself, as well as for other people to figure out how an analysis
 997 works.  Use the <tt>opt -analyze</tt> argument to invoke this method.</p>
 998
 999 <p>The <tt>llvm::OStream</tt> parameter specifies the stream to write the results on,
1000 and the <tt>Module</tt> parameter gives a pointer to the top level module of the
1001 program that has been analyzed.  Note however that this pointer may be null in
1002 certain circumstances (such as calling the <tt>Pass::dump()</tt> from a
1003 debugger), so it should only be used to enhance debug output, it should not be
1004 depended on.</p>
1005
1006 </div>
1007
1008 <!-- *********************************************************************** -->
1009 <div class="doc_section">
1010   <a name="interaction">Specifying interactions between passes</a>
1011 </div>
1012 <!-- *********************************************************************** -->
1013
1014 <div class="doc_text">
1015
1016 <p>One of the main responsibilities of the <tt>PassManager</tt> is to make sure
1017 that passes interact with each other correctly.  Because <tt>PassManager</tt>
1018 tries to <a href="#passmanager">optimize the execution of passes</a> it must
1019 know how the passes interact with each other and what dependencies exist between
1020 the various passes.  To track this, each pass can declare the set of passes that
1021 are required to be executed before the current pass, and the passes which are
1022 invalidated by the current pass.</p>
1023
1024 <p>Typically this functionality is used to require that analysis results are
1025 computed before your pass is run.  Running arbitrary transformation passes can
1026 invalidate the computed analysis results, which is what the invalidation set
1027 specifies.  If a pass does not implement the <tt><a
1028 href="#getAnalysisUsage">getAnalysisUsage</a></tt> method, it defaults to not
1029 having any prerequisite passes, and invalidating <b>all</b> other passes.</p>
1030
1031 </div>
1032
1033 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1034 <div class="doc_subsubsection">
1035   <a name="getAnalysisUsage">The <tt>getAnalysisUsage</tt> method</a>
1036 </div>
1037
1038 <div class="doc_text">
1039
1040 <div class="doc_code"><pre>
1041   <b>virtual void</b> getAnalysisUsage(AnalysisUsage &amp;Info) <b>const</b>;
1042 </pre></div>
1043
1044 <p>By implementing the <tt>getAnalysisUsage</tt> method, the required and
1045 invalidated sets may be specified for your transformation.  The implementation
1046 should fill in the <tt><a
1047 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1AnalysisUsage.html">AnalysisUsage</a></tt>
1048 object with information about which passes are required and not invalidated.  To
1049 do this, a pass may call any of the following methods on the AnalysisUsage
1050 object:</p>
1051 </div>
1052
1053 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1054 <div class="doc_subsubsection">
1055   <a name="AU::addRequired">The <tt>AnalysisUsage::addRequired&lt;&gt;</tt> and <tt>AnalysisUsage::addRequiredTransitive&lt;&gt;</tt> methods</a>
1056 </div>
1057
1058 <div class="doc_text">
1059 <p>
1060 If your pass requires a previous pass to be executed (an analysis for example),
1061 it can use one of these methods to arrange for it to be run before your pass.
1062 LLVM has many different types of analyses and passes that can be required,
1063 spanning the range from <tt>DominatorSet</tt> to <tt>BreakCriticalEdges</tt>.
1064 Requiring <tt>BreakCriticalEdges</tt>, for example, guarantees that there will
1065 be no critical edges in the CFG when your pass has been run.
1066 </p>
1067
1068 <p>
1069 Some analyses chain to other analyses to do their job.  For example, an <a
1070 href="AliasAnalysis.html">AliasAnalysis</a> implementation is required to <a
1071 href="AliasAnalysis.html#chaining">chain</a> to other alias analysis passes.  In
1072 cases where analyses chain, the <tt>addRequiredTransitive</tt> method should be
1073 used instead of the <tt>addRequired</tt> method.  This informs the PassManager
1074 that the transitively required pass should be alive as long as the requiring
1075 pass is.
1076 </p>
1077 </div>
1078
1079 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1080 <div class="doc_subsubsection">
1081   <a name="AU::addPreserved">The <tt>AnalysisUsage::addPreserved&lt;&gt;</tt> method</a>
1082 </div>
1083
1084 <div class="doc_text">
1085 <p>
1086 One of the jobs of the PassManager is to optimize how and when analyses are run.
1087 In particular, it attempts to avoid recomputing data unless it needs to.  For
1088 this reason, passes are allowed to declare that they preserve (i.e., they don't
1089 invalidate) an existing analysis if it's available.  For example, a simple
1090 constant folding pass would not modify the CFG, so it can't possibly affect the
1091 results of dominator analysis.  By default, all passes are assumed to invalidate
1092 all others.
1093 </p>
1094
1095 <p>
1096 The <tt>AnalysisUsage</tt> class provides several methods which are useful in
1097 certain circumstances that are related to <tt>addPreserved</tt>.  In particular,
1098 the <tt>setPreservesAll</tt> method can be called to indicate that the pass does
1099 not modify the LLVM program at all (which is true for analyses), and the
1100 <tt>setPreservesCFG</tt> method can be used by transformations that change
1101 instructions in the program but do not modify the CFG or terminator instructions
1102 (note that this property is implicitly set for <a
1103 href="#BasicBlockPass">BasicBlockPass</a>'s).
1104 </p>
1105
1106 <p>
1107 <tt>addPreserved</tt> is particularly useful for transformations like
1108 <tt>BreakCriticalEdges</tt>.  This pass knows how to update a small set of loop
1109 and dominator related analyses if they exist, so it can preserve them, despite
1110 the fact that it hacks on the CFG.
1111 </p>
1112 </div>
1113
1114 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1115 <div class="doc_subsubsection">
1116   <a name="AU::examples">Example implementations of <tt>getAnalysisUsage</tt></a>
1117 </div>
1118
1119 <div class="doc_text">
1120
1121 <div class="doc_code"><pre>
1122   <i>// This is an example implementation from an analysis, which does not modify
1123   // the program at all, yet has a prerequisite.</i>
1124   <b>void</b> <a href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1PostDominanceFrontier.html">PostDominanceFrontier</a>::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &amp;AU) <b>const</b> {
1125     AU.setPreservesAll();
1126     AU.addRequired&lt;<a href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1PostDominatorTree.html">PostDominatorTree</a>&gt;();
1127   }
1128 </pre></div>
1129
1130 <p>and:</p>
1131
1132 <div class="doc_code"><pre>
1133   <i>// This example modifies the program, but does not modify the CFG</i>
1134   <b>void</b> <a href="http://llvm.org/doxygen/structLICM.html">LICM</a>::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &amp;AU) <b>const</b> {
1135     AU.setPreservesCFG();
1136     AU.addRequired&lt;<a href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1LoopInfo.html">LoopInfo</a>&gt;();
1137   }
1138 </pre></div>
1139
1140 </div>
1141
1142 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1143 <div class="doc_subsubsection">
1144   <a name="getAnalysis">The <tt>getAnalysis&lt;&gt;</tt> and
1145 <tt>getAnalysisIfAvailable&lt;&gt;</tt> methods</a>
1146 </div>
1147
1148 <div class="doc_text">
1149
1150 <p>The <tt>Pass::getAnalysis&lt;&gt;</tt> method is automatically inherited by
1151 your class, providing you with access to the passes that you declared that you
1152 required with the <a href="#getAnalysisUsage"><tt>getAnalysisUsage</tt></a>
1153 method.  It takes a single template argument that specifies which pass class you
1154 want, and returns a reference to that pass.  For example:</p>
1155
1156 <div class="doc_code"><pre>
1157    bool LICM::runOnFunction(Function &amp;F) {
1158      LoopInfo &amp;LI = getAnalysis&lt;LoopInfo&gt;();
1159      ...
1160    }
1161 </pre></div>
1162
1163 <p>This method call returns a reference to the pass desired.  You may get a
1164 runtime assertion failure if you attempt to get an analysis that you did not
1165 declare as required in your <a
1166 href="#getAnalysisUsage"><tt>getAnalysisUsage</tt></a> implementation.  This
1167 method can be called by your <tt>run*</tt> method implementation, or by any
1168 other local method invoked by your <tt>run*</tt> method.
1169
1170 A module level pass can use function level analysis info using this interface.
1171 For example:</p>
1172
1173 <div class="doc_code"><pre>
1174    bool ModuleLevelPass::runOnModule(Module &amp;M) {
1175      ...
1176      DominatorTree &amp;DT = getAnalysis&lt;DominatorTree&gt;(Func);
1177      ...
1178    }
1179 </pre></div>
1180
1181 <p>In above example, runOnFunction for DominatorTree is called by pass manager
1182 before returning a reference to the desired pass.</p>
1183
1184 <p>
1185 If your pass is capable of updating analyses if they exist (e.g.,
1186 <tt>BreakCriticalEdges</tt>, as described above), you can use the
1187 <tt>getAnalysisIfAvailable</tt> method, which returns a pointer to the analysis
1188 if it is active.  For example:</p>
1189
1190 <div class="doc_code"><pre>
1191   ...
1192   if (DominatorSet *DS = getAnalysisIfAvailable&lt;DominatorSet&gt;()) {
1193     <i>// A DominatorSet is active.  This code will update it.</i>
1194   }
1195   ...
1196 </pre></div>
1197
1198 </div>
1199
1200 <!-- *********************************************************************** -->
1201 <div class="doc_section">
1202   <a name="analysisgroup">Implementing Analysis Groups</a>
1203 </div>
1204 <!-- *********************************************************************** -->
1205
1206 <div class="doc_text">
1207
1208 <p>Now that we understand the basics of how passes are defined, how they are
1209 used, and how they are required from other passes, it's time to get a little bit
1210 fancier.  All of the pass relationships that we have seen so far are very
1211 simple: one pass depends on one other specific pass to be run before it can run.
1212 For many applications, this is great, for others, more flexibility is
1213 required.</p>
1214
1215 <p>In particular, some analyses are defined such that there is a single simple
1216 interface to the analysis results, but multiple ways of calculating them.
1217 Consider alias analysis for example.  The most trivial alias analysis returns
1218 "may alias" for any alias query.  The most sophisticated analysis a
1219 flow-sensitive, context-sensitive interprocedural analysis that can take a
1220 significant amount of time to execute (and obviously, there is a lot of room
1221 between these two extremes for other implementations).  To cleanly support
1222 situations like this, the LLVM Pass Infrastructure supports the notion of
1223 Analysis Groups.</p>
1224
1225 </div>
1226
1227 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1228 <div class="doc_subsubsection">
1229   <a name="agconcepts">Analysis Group Concepts</a>
1230 </div>
1231
1232 <div class="doc_text">
1233
1234 <p>An Analysis Group is a single simple interface that may be implemented by
1235 multiple different passes.  Analysis Groups can be given human readable names
1236 just like passes, but unlike passes, they need not derive from the <tt>Pass</tt>
1237 class.  An analysis group may have one or more implementations, one of which is
1238 the "default" implementation.</p>
1239
1240 <p>Analysis groups are used by client passes just like other passes are: the
1241 <tt>AnalysisUsage::addRequired()</tt> and <tt>Pass::getAnalysis()</tt> methods.
1242 In order to resolve this requirement, the <a href="#passmanager">PassManager</a>
1243 scans the available passes to see if any implementations of the analysis group
1244 are available.  If none is available, the default implementation is created for
1245 the pass to use.  All standard rules for <A href="#interaction">interaction
1246 between passes</a> still apply.</p>
1247
1248 <p>Although <a href="#registration">Pass Registration</a> is optional for normal
1249 passes, all analysis group implementations must be registered, and must use the
1250 <A href="#registerag"><tt>RegisterAnalysisGroup</tt></a> template to join the
1251 implementation pool.  Also, a default implementation of the interface
1252 <b>must</b> be registered with <A
1253 href="#registerag"><tt>RegisterAnalysisGroup</tt></a>.</p>
1254
1255 <p>As a concrete example of an Analysis Group in action, consider the <a
1256 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1AliasAnalysis.html">AliasAnalysis</a>
1257 analysis group.  The default implementation of the alias analysis interface (the
1258 <tt><a
1259 href="http://llvm.org/doxygen/structBasicAliasAnalysis.html">basicaa</a></tt>
1260 pass) just does a few simple checks that don't require significant analysis to
1261 compute (such as: two different globals can never alias each other, etc).
1262 Passes that use the <tt><a
1263 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1AliasAnalysis.html">AliasAnalysis</a></tt>
1264 interface (for example the <tt><a
1265 href="http://llvm.org/doxygen/structGCSE.html">gcse</a></tt> pass), do
1266 not care which implementation of alias analysis is actually provided, they just
1267 use the designated interface.</p>
1268
1269 <p>From the user's perspective, commands work just like normal.  Issuing the
1270 command '<tt>opt -gcse ...</tt>' will cause the <tt>basicaa</tt> class to be
1271 instantiated and added to the pass sequence.  Issuing the command '<tt>opt
1272 -somefancyaa -gcse ...</tt>' will cause the <tt>gcse</tt> pass to use the
1273 <tt>somefancyaa</tt> alias analysis (which doesn't actually exist, it's just a
1274 hypothetical example) instead.</p>
1275
1276 </div>
1277
1278 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1279 <div class="doc_subsubsection">
1280   <a name="registerag">Using <tt>RegisterAnalysisGroup</tt></a>
1281 </div>
1282
1283 <div class="doc_text">
1284
1285 <p>The <tt>RegisterAnalysisGroup</tt> template is used to register the analysis
1286 group itself as well as add pass implementations to the analysis group.  First,
1287 an analysis should be registered, with a human readable name provided for it.
1288 Unlike registration of passes, there is no command line argument to be specified
1289 for the Analysis Group Interface itself, because it is "abstract":</p>
1290
1291 <div class="doc_code"><pre>
1292   <b>static</b> RegisterAnalysisGroup&lt;<a href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1AliasAnalysis.html">AliasAnalysis</a>&gt; A("<i>Alias Analysis</i>");
1293 </pre></div>
1294
1295 <p>Once the analysis is registered, passes can declare that they are valid
1296 implementations of the interface by using the following code:</p>
1297
1298 <div class="doc_code"><pre>
1299 <b>namespace</b> {
1300   //<i> Analysis Group implementations <b>must</b> be registered normally...</i>
1301   RegisterPass&lt;FancyAA&gt;
1302   B("<i>somefancyaa</i>", "<i>A more complex alias analysis implementation</i>");
1303
1304   //<i> Declare that we implement the AliasAnalysis interface</i>
1305   RegisterAnalysisGroup&lt;<a href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1AliasAnalysis.html">AliasAnalysis</a>&gt; C(B);
1306 }
1307 </pre></div>
1308
1309 <p>This just shows a class <tt>FancyAA</tt> that is registered normally, then
1310 uses the <tt>RegisterAnalysisGroup</tt> template to "join" the <tt><a
1311 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1AliasAnalysis.html">AliasAnalysis</a></tt>
1312 analysis group.  Every implementation of an analysis group should join using
1313 this template.  A single pass may join multiple different analysis groups with
1314 no problem.</p>
1315
1316 <div class="doc_code"><pre>
1317 <b>namespace</b> {
1318   //<i> Analysis Group implementations <b>must</b> be registered normally...</i>
1319   RegisterPass&lt;<a href="http://llvm.org/doxygen/structBasicAliasAnalysis.html">BasicAliasAnalysis</a>&gt;
1320   D("<i>basicaa</i>", "<i>Basic Alias Analysis (default AA impl)</i>");
1321
1322   //<i> Declare that we implement the AliasAnalysis interface</i>
1323   RegisterAnalysisGroup&lt;<a href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1AliasAnalysis.html">AliasAnalysis</a>, <b>true</b>&gt; E(D);
1324 }
1325 </pre></div>
1326
1327 <p>Here we show how the default implementation is specified (using the extra
1328 argument to the <tt>RegisterAnalysisGroup</tt> template).  There must be exactly
1329 one default implementation available at all times for an Analysis Group to be
1330 used.  Only default implementation can derive from <tt>ImmutablePass</tt>.
1331 Here we declare that the
1332  <tt><a href="http://llvm.org/doxygen/structBasicAliasAnalysis.html">BasicAliasAnalysis</a></tt>
1333 pass is the default implementation for the interface.</p>
1334
1335 </div>
1336
1337 <!-- *********************************************************************** -->
1338 <div class="doc_section">
1339   <a name="passStatistics">Pass Statistics</a>
1340 </div>
1341 <!-- *********************************************************************** -->
1342
1343 <div class="doc_text">
1344 <p>The <a
1345 href="http://llvm.org/doxygen/Statistic_8h-source.html"><tt>Statistic</tt></a>
1346 class is designed to be an easy way to expose various success
1347 metrics from passes.  These statistics are printed at the end of a
1348 run, when the -stats command line option is enabled on the command
1349 line. See the <a href="http://llvm.org/docs/ProgrammersManual.html#Statistic">Statistics section</a> in the Programmer's Manual for details.
1350
1351 </div>
1352
1353
1354 <!-- *********************************************************************** -->
1355 <div class="doc_section">
1356   <a name="passmanager">What PassManager does</a>
1357 </div>
1358 <!-- *********************************************************************** -->
1359
1360 <div class="doc_text">
1361
1362 <p>The <a
1363 href="http://llvm.org/doxygen/PassManager_8h-source.html"><tt>PassManager</tt></a>
1364 <a
1365 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1PassManager.html">class</a>
1366 takes a list of passes, ensures their <a href="#interaction">prerequisites</a>
1367 are set up correctly, and then schedules passes to run efficiently.  All of the
1368 LLVM tools that run passes use the <tt>PassManager</tt> for execution of these
1369 passes.</p>
1370
1371 <p>The <tt>PassManager</tt> does two main things to try to reduce the execution
1372 time of a series of passes:</p>
1373
1374 <ol>
1375 <li><b>Share analysis results</b> - The PassManager attempts to avoid
1376 recomputing analysis results as much as possible.  This means keeping track of
1377 which analyses are available already, which analyses get invalidated, and which
1378 analyses are needed to be run for a pass.  An important part of work is that the
1379 <tt>PassManager</tt> tracks the exact lifetime of all analysis results, allowing
1380 it to <a href="#releaseMemory">free memory</a> allocated to holding analysis
1381 results as soon as they are no longer needed.</li>
1382
1383 <li><b>Pipeline the execution of passes on the program</b> - The
1384 <tt>PassManager</tt> attempts to get better cache and memory usage behavior out
1385 of a series of passes by pipelining the passes together.  This means that, given
1386 a series of consequtive <a href="#FunctionPass"><tt>FunctionPass</tt></a>'s, it
1387 will execute all of the <a href="#FunctionPass"><tt>FunctionPass</tt></a>'s on
1388 the first function, then all of the <a
1389 href="#FunctionPass"><tt>FunctionPass</tt></a>es on the second function,
1390 etc... until the entire program has been run through the passes.
1391
1392 <p>This improves the cache behavior of the compiler, because it is only touching
1393 the LLVM program representation for a single function at a time, instead of
1394 traversing the entire program.  It reduces the memory consumption of compiler,
1395 because, for example, only one <a
1396 href="http://llvm.org/doxygen/classllvm_1_1DominatorSet.html"><tt>DominatorSet</tt></a>
1397 needs to be calculated at a time.  This also makes it possible to implement
1398 some <a
1399 href="#SMP">interesting enhancements</a> in the future.</p></li>
1400
1401 </ol>
1402
1403 <p>The effectiveness of the <tt>PassManager</tt> is influenced directly by how
1404 much information it has about the behaviors of the passes it is scheduling.  For
1405 example, the "preserved" set is intentionally conservative in the face of an
1406 unimplemented <a href="#getAnalysisUsage"><tt>getAnalysisUsage</tt></a> method.
1407 Not implementing when it should be implemented will have the effect of not
1408 allowing any analysis results to live across the execution of your pass.</p>
1409
1410 <p>The <tt>PassManager</tt> class exposes a <tt>--debug-pass</tt> command line
1411 options that is useful for debugging pass execution, seeing how things work, and
1412 diagnosing when you should be preserving more analyses than you currently are
1413 (To get information about all of the variants of the <tt>--debug-pass</tt>
1414 option, just type '<tt>opt -help-hidden</tt>').</p>
1415
1416 <p>By using the <tt>--debug-pass=Structure</tt> option, for example, we can see
1417 how our <a href="#basiccode">Hello World</a> pass interacts with other passes.
1418 Lets try it out with the <tt>gcse</tt> and <tt>licm</tt> passes:</p>
1419
1420 <div class="doc_code"><pre>
1421 $ opt -load ../../../Debug+Asserts/lib/Hello.so -gcse -licm --debug-pass=Structure &lt; hello.bc &gt; /dev/null
1422 Module Pass Manager
1423   Function Pass Manager
1424     Dominator Set Construction
1425     Immediate Dominators Construction
1426     Global Common Subexpression Elimination
1427 --  Immediate Dominators Construction
1428 --  Global Common Subexpression Elimination
1429     Natural Loop Construction
1430     Loop Invariant Code Motion
1431 --  Natural Loop Construction
1432 --  Loop Invariant Code Motion
1433     Module Verifier
1434 --  Dominator Set Construction
1435 --  Module Verifier
1436   Bitcode Writer
1437 --Bitcode Writer
1438 </pre></div>
1439
1440 <p>This output shows us when passes are constructed and when the analysis
1441 results are known to be dead (prefixed with '<tt>--</tt>').  Here we see that
1442 GCSE uses dominator and immediate dominator information to do its job.  The LICM
1443 pass uses natural loop information, which uses dominator sets, but not immediate
1444 dominators.  Because immediate dominators are no longer useful after the GCSE
1445 pass, it is immediately destroyed.  The dominator sets are then reused to
1446 compute natural loop information, which is then used by the LICM pass.</p>
1447
1448 <p>After the LICM pass, the module verifier runs (which is automatically added
1449 by the '<tt>opt</tt>' tool), which uses the dominator set to check that the
1450 resultant LLVM code is well formed.  After it finishes, the dominator set
1451 information is destroyed, after being computed once, and shared by three
1452 passes.</p>
1453
1454 <p>Lets see how this changes when we run the <a href="#basiccode">Hello
1455 World</a> pass in between the two passes:</p>
1456
1457 <div class="doc_code"><pre>
1458 $ opt -load ../../../Debug+Asserts/lib/Hello.so -gcse -hello -licm --debug-pass=Structure &lt; hello.bc &gt; /dev/null
1459 Module Pass Manager
1460   Function Pass Manager
1461     Dominator Set Construction
1462     Immediate Dominators Construction
1463     Global Common Subexpression Elimination
1464 <b>--  Dominator Set Construction</b>
1465 --  Immediate Dominators Construction
1466 --  Global Common Subexpression Elimination
1467 <b>    Hello World Pass
1468 --  Hello World Pass
1469     Dominator Set Construction</b>
1470     Natural Loop Construction
1471     Loop Invariant Code Motion
1472 --  Natural Loop Construction
1473 --  Loop Invariant Code Motion
1474     Module Verifier
1475 --  Dominator Set Construction
1476 --  Module Verifier
1477   Bitcode Writer
1478 --Bitcode Writer
1479 Hello: __main
1480 Hello: puts
1481 Hello: main
1482 </pre></div>
1483
1484 <p>Here we see that the <a href="#basiccode">Hello World</a> pass has killed the
1485 Dominator Set pass, even though it doesn't modify the code at all!  To fix this,
1486 we need to add the following <a
1487 href="#getAnalysisUsage"><tt>getAnalysisUsage</tt></a> method to our pass:</p>
1488
1489 <div class="doc_code"><pre>
1490     <i>// We don't modify the program, so we preserve all analyses</i>
1491     <b>virtual void</b> getAnalysisUsage(AnalysisUsage &amp;AU) <b>const</b> {
1492       AU.setPreservesAll();
1493     }
1494 </pre></div>
1495
1496 <p>Now when we run our pass, we get this output:</p>
1497
1498 <div class="doc_code"><pre>
1499 $ opt -load ../../../Debug+Asserts/lib/Hello.so -gcse -hello -licm --debug-pass=Structure &lt; hello.bc &gt; /dev/null
1500 Pass Arguments:  -gcse -hello -licm
1501 Module Pass Manager
1502   Function Pass Manager
1503     Dominator Set Construction
1504     Immediate Dominators Construction
1505     Global Common Subexpression Elimination
1506 --  Immediate Dominators Construction
1507 --  Global Common Subexpression Elimination
1508     Hello World Pass
1509 --  Hello World Pass
1510     Natural Loop Construction
1511     Loop Invariant Code Motion
1512 --  Loop Invariant Code Motion
1513 --  Natural Loop Construction
1514     Module Verifier
1515 --  Dominator Set Construction
1516 --  Module Verifier
1517   Bitcode Writer
1518 --Bitcode Writer
1519 Hello: __main
1520 Hello: puts
1521 Hello: main
1522 </pre></div>
1523
1524 <p>Which shows that we don't accidentally invalidate dominator information
1525 anymore, and therefore do not have to compute it twice.</p>
1526
1527 </div>
1528
1529 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1530 <div class="doc_subsubsection">
1531   <a name="releaseMemory">The <tt>releaseMemory</tt> method</a>
1532 </div>
1533
1534 <div class="doc_text">
1535
1536 <div class="doc_code"><pre>
1537   <b>virtual void</b> releaseMemory();
1538 </pre></div>
1539
1540 <p>The <tt>PassManager</tt> automatically determines when to compute analysis
1541 results, and how long to keep them around for.  Because the lifetime of the pass
1542 object itself is effectively the entire duration of the compilation process, we
1543 need some way to free analysis results when they are no longer useful.  The
1544 <tt>releaseMemory</tt> virtual method is the way to do this.</p>
1545
1546 <p>If you are writing an analysis or any other pass that retains a significant
1547 amount of state (for use by another pass which "requires" your pass and uses the
1548 <a href="#getAnalysis">getAnalysis</a> method) you should implement
1549 <tt>releaseMemory</tt> to, well, release the memory allocated to maintain this
1550 internal state.  This method is called after the <tt>run*</tt> method for the
1551 class, before the next call of <tt>run*</tt> in your pass.</p>
1552
1553 </div>
1554
1555 <!-- *********************************************************************** -->
1556 <div class="doc_section">
1557   <a name="registering">Registering dynamically loaded passes</a>
1558 </div>
1559 <!-- *********************************************************************** -->
1560
1561 <div class="doc_text">
1562
1563 <p><i>Size matters</i> when constructing production quality tools using llvm,
1564 both for the purposes of distribution, and for regulating the resident code size
1565 when running on the target system. Therefore, it becomes desirable to
1566 selectively use some passes, while omitting others and maintain the flexibility
1567 to change configurations later on. You want to be able to do all this, and,
1568 provide feedback to the user. This is where pass registration comes into
1569 play.</p>
1570
1571 <p>The fundamental mechanisms for pass registration are the
1572 <tt>MachinePassRegistry</tt> class and subclasses of
1573 <tt>MachinePassRegistryNode</tt>.</p>
1574
1575 <p>An instance of <tt>MachinePassRegistry</tt> is used to maintain a list of
1576 <tt>MachinePassRegistryNode</tt> objects.  This instance maintains the list and
1577 communicates additions and deletions to the command line interface.</p>
1578
1579 <p>An instance of <tt>MachinePassRegistryNode</tt> subclass is used to maintain
1580 information provided about a particular pass.  This information includes the
1581 command line name, the command help string and the address of the function used
1582 to create an instance of the pass.  A global static constructor of one of these
1583 instances <i>registers</i> with a corresponding <tt>MachinePassRegistry</tt>,
1584 the static destructor <i>unregisters</i>. Thus a pass that is statically linked
1585 in the tool will be registered at start up. A dynamically loaded pass will
1586 register on load and unregister at unload.</p>
1587
1588 </div>
1589
1590 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1591 <div class="doc_subsection">
1592   <a name="registering_existing">Using existing registries</a>
1593 </div>
1594
1595 <div class="doc_text">
1596
1597 <p>There are predefined registries to track instruction scheduling
1598 (<tt>RegisterScheduler</tt>) and register allocation (<tt>RegisterRegAlloc</tt>)
1599 machine passes.  Here we will describe how to <i>register</i> a register
1600 allocator machine pass.</p>
1601
1602 <p>Implement your register allocator machine pass.  In your register allocator
1603 .cpp file add the following include;</p>
1604
1605 <div class="doc_code"><pre>
1606   #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
1607 </pre></div>
1608
1609 <p>Also in your register allocator .cpp file, define a creator function in the
1610 form; </p>
1611
1612 <div class="doc_code"><pre>
1613   FunctionPass *createMyRegisterAllocator() {
1614     return new MyRegisterAllocator();
1615   }
1616 </pre></div>
1617
1618 <p>Note that the signature of this function should match the type of
1619 <tt>RegisterRegAlloc::FunctionPassCtor</tt>.  In the same file add the
1620 "installing" declaration, in the form;</p>
1621
1622 <div class="doc_code"><pre>
1623   static RegisterRegAlloc myRegAlloc("myregalloc",
1624     "  my register allocator help string",
1625     createMyRegisterAllocator);
1626 </pre></div>
1627
1628 <p>Note the two spaces prior to the help string produces a tidy result on the
1629 -help query.</p>
1630
1631 <div class="doc_code"><pre>
1632 $ llc -help
1633   ...
1634   -regalloc                    - Register allocator to use (default=linearscan)
1635     =linearscan                -   linear scan register allocator
1636     =local                     -   local register allocator
1637     =simple                    -   simple register allocator
1638     =myregalloc                -   my register allocator help string
1639   ...
1640 </pre></div>
1641
1642 <p>And that's it.  The user is now free to use <tt>-regalloc=myregalloc</tt> as
1643 an option.  Registering instruction schedulers is similar except use the
1644 <tt>RegisterScheduler</tt> class.  Note that the
1645 <tt>RegisterScheduler::FunctionPassCtor</tt> is significantly different from
1646 <tt>RegisterRegAlloc::FunctionPassCtor</tt>.</p>
1647
1648 <p>To force the load/linking of your register allocator into the llc/lli tools,
1649 add your creator function's global declaration to "Passes.h" and add a "pseudo"
1650 call line to <tt>llvm/Codegen/LinkAllCodegenComponents.h</tt>.</p>
1651
1652 </div>
1653
1654
1655 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1656 <div class="doc_subsection">
1657   <a name="registering_new">Creating new registries</a>
1658 </div>
1659
1660 <div class="doc_text">
1661
1662 <p>The easiest way to get started is to clone one of the existing registries; we
1663 recommend <tt>llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h</tt>.  The key things to modify
1664 are the class name and the <tt>FunctionPassCtor</tt> type.</p>
1665
1666 <p>Then you need to declare the registry.  Example: if your pass registry is
1667 <tt>RegisterMyPasses</tt> then define;</p>
1668
1669 <div class="doc_code"><pre>
1670 MachinePassRegistry RegisterMyPasses::Registry;
1671 </pre></div>
1672
1673 <p>And finally, declare the command line option for your passes.  Example:</p>
1674
1675 <div class="doc_code"><pre>
1676   cl::opt&lt;RegisterMyPasses::FunctionPassCtor, false,
1677           RegisterPassParser&lt;RegisterMyPasses&gt; &gt;
1678   MyPassOpt("mypass",
1679             cl::init(&amp;createDefaultMyPass),
1680             cl::desc("my pass option help"));
1681 </pre></div>
1682
1683 <p>Here the command option is "mypass", with createDefaultMyPass as the default
1684 creator.</p>
1685
1686 </div>
1687
1688 <!-- *********************************************************************** -->
1689 <div class="doc_section">
1690   <a name="debughints">Using GDB with dynamically loaded passes</a>
1691 </div>
1692 <!-- *********************************************************************** -->
1693
1694 <div class="doc_text">
1695
1696 <p>Unfortunately, using GDB with dynamically loaded passes is not as easy as it
1697 should be.  First of all, you can't set a breakpoint in a shared object that has
1698 not been loaded yet, and second of all there are problems with inlined functions
1699 in shared objects.  Here are some suggestions to debugging your pass with
1700 GDB.</p>
1701
1702 <p>For sake of discussion, I'm going to assume that you are debugging a
1703 transformation invoked by <tt>opt</tt>, although nothing described here depends
1704 on that.</p>
1705
1706 </div>
1707
1708 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1709 <div class="doc_subsubsection">
1710   <a name="breakpoint">Setting a breakpoint in your pass</a>
1711 </div>
1712
1713 <div class="doc_text">
1714
1715 <p>First thing you do is start <tt>gdb</tt> on the <tt>opt</tt> process:</p>
1716
1717 <div class="doc_code"><pre>
1718 $ <b>gdb opt</b>
1719 GNU gdb 5.0
1720 Copyright 2000 Free Software Foundation, Inc.
1721 GDB is free software, covered by the GNU General Public License, and you are
1722 welcome to change it and/or distribute copies of it under certain conditions.
1723 Type "show copying" to see the conditions.
1724 There is absolutely no warranty for GDB.  Type "show warranty" for details.
1725 This GDB was configured as "sparc-sun-solaris2.6"...
1726 (gdb)
1727 </pre></div>
1728
1729 <p>Note that <tt>opt</tt> has a lot of debugging information in it, so it takes
1730 time to load.  Be patient.  Since we cannot set a breakpoint in our pass yet
1731 (the shared object isn't loaded until runtime), we must execute the process, and
1732 have it stop before it invokes our pass, but after it has loaded the shared
1733 object.  The most foolproof way of doing this is to set a breakpoint in
1734 <tt>PassManager::run</tt> and then run the process with the arguments you
1735 want:</p>
1736
1737 <div class="doc_code"><pre>
1738 (gdb) <b>break llvm::PassManager::run</b>
1739 Breakpoint 1 at 0x2413bc: file Pass.cpp, line 70.
1740 (gdb) <b>run test.bc -load $(LLVMTOP)/llvm/Debug+Asserts/lib/[libname].so -[passoption]</b>
1741 Starting program: opt test.bc -load $(LLVMTOP)/llvm/Debug+Asserts/lib/[libname].so -[passoption]
1742 Breakpoint 1, PassManager::run (this=0xffbef174, M=@0x70b298) at Pass.cpp:70
1743 70      bool PassManager::run(Module &amp;M) { return PM-&gt;run(M); }
1744 (gdb)
1745 </pre></div>
1746
1747 <p>Once the <tt>opt</tt> stops in the <tt>PassManager::run</tt> method you are
1748 now free to set breakpoints in your pass so that you can trace through execution
1749 or do other standard debugging stuff.</p>
1750
1751 </div>
1752
1753 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1754 <div class="doc_subsubsection">
1755   <a name="debugmisc">Miscellaneous Problems</a>
1756 </div>
1757
1758 <div class="doc_text">
1759
1760 <p>Once you have the basics down, there are a couple of problems that GDB has,
1761 some with solutions, some without.</p>
1762
1763 <ul>
1764 <li>Inline functions have bogus stack information.  In general, GDB does a
1765 pretty good job getting stack traces and stepping through inline functions.
1766 When a pass is dynamically loaded however, it somehow completely loses this
1767 capability.  The only solution I know of is to de-inline a function (move it
1768 from the body of a class to a .cpp file).</li>
1769
1770 <li>Restarting the program breaks breakpoints.  After following the information
1771 above, you have succeeded in getting some breakpoints planted in your pass.  Nex
1772 thing you know, you restart the program (i.e., you type '<tt>run</tt>' again),
1773 and you start getting errors about breakpoints being unsettable.  The only way I
1774 have found to "fix" this problem is to <tt>delete</tt> the breakpoints that are
1775 already set in your pass, run the program, and re-set the breakpoints once
1776 execution stops in <tt>PassManager::run</tt>.</li>
1777
1778 </ul>
1779
1780 <p>Hopefully these tips will help with common case debugging situations.  If
1781 you'd like to contribute some tips of your own, just contact <a
1782 href="mailto:sabre@nondot.org">Chris</a>.</p>
1783
1784 </div>
1785
1786 <!-- *********************************************************************** -->
1787 <div class="doc_section">
1788   <a name="future">Future extensions planned</a>
1789 </div>
1790 <!-- *********************************************************************** -->
1791
1792 <div class="doc_text">
1793
1794 <p>Although the LLVM Pass Infrastructure is very capable as it stands, and does
1795 some nifty stuff, there are things we'd like to add in the future.  Here is
1796 where we are going:</p>
1797
1798 </div>
1799
1800 <!-- _______________________________________________________________________ -->
1801 <div class="doc_subsubsection">
1802   <a name="SMP">Multithreaded LLVM</a>
1803 </div>
1804
1805 <div class="doc_text">
1806
1807 <p>Multiple CPU machines are becoming more common and compilation can never be
1808 fast enough: obviously we should allow for a multithreaded compiler.  Because of
1809 the semantics defined for passes above (specifically they cannot maintain state
1810 across invocations of their <tt>run*</tt> methods), a nice clean way to
1811 implement a multithreaded compiler would be for the <tt>PassManager</tt> class
1812 to create multiple instances of each pass object, and allow the separate
1813 instances to be hacking on different parts of the program at the same time.</p>
1814
1815 <p>This implementation would prevent each of the passes from having to implement
1816 multithreaded constructs, requiring only the LLVM core to have locking in a few
1817 places (for global resources).  Although this is a simple extension, we simply
1818 haven't had time (or multiprocessor machines, thus a reason) to implement this.
1819 Despite that, we have kept the LLVM passes SMP ready, and you should too.</p>
1820
1821 </div>
1822
1823 <!-- *********************************************************************** -->
1824 <hr>
1825 <address>
1826   <a href="http://jigsaw.w3.org/css-validator/check/referer"><img
1827   src="http://jigsaw.w3.org/css-validator/images/vcss-blue" alt="Valid CSS"></a>
1828   <a href="http://validator.w3.org/check/referer"><img
1829   src="http://www.w3.org/Icons/valid-html401-blue" alt="Valid HTML 4.01"></a>
1830
1831   <a href="mailto:sabre@nondot.org">Chris Lattner</a><br>
1832   <a href="http://llvm.org">The LLVM Compiler Infrastructure</a><br>
1833   Last modified: $Date$
1834 </address>
1835
1836 </body>
1837 </html>