f2613e35c5e35af72cf4082b2bf81efc95304c23
[oota-llvm.git] / include / llvm / Analysis / TargetTransformInfo.h
1 //===- llvm/Analysis/TargetTransformInfo.h ----------------------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This pass exposes codegen information to IR-level passes. Every
11 // transformation that uses codegen information is broken into three parts:
12 // 1. The IR-level analysis pass.
13 // 2. The IR-level transformation interface which provides the needed
14 //    information.
15 // 3. Codegen-level implementation which uses target-specific hooks.
16 //
17 // This file defines #2, which is the interface that IR-level transformations
18 // use for querying the codegen.
19 //
20 //===----------------------------------------------------------------------===//
21
22 #ifndef LLVM_ANALYSIS_TARGETTRANSFORMINFO_H
23 #define LLVM_ANALYSIS_TARGETTRANSFORMINFO_H
24
25 #include "llvm/IR/Intrinsics.h"
26 #include "llvm/Pass.h"
27 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
28
29 namespace llvm {
30
31 class GlobalValue;
32 class Loop;
33 class Type;
34 class User;
35 class Value;
36
37 /// TargetTransformInfo - This pass provides access to the codegen
38 /// interfaces that are needed for IR-level transformations.
39 class TargetTransformInfo {
40 protected:
41   /// \brief The TTI instance one level down the stack.
42   ///
43   /// This is used to implement the default behavior all of the methods which
44   /// is to delegate up through the stack of TTIs until one can answer the
45   /// query.
46   TargetTransformInfo *PrevTTI;
47
48   /// \brief The top of the stack of TTI analyses available.
49   ///
50   /// This is a convenience routine maintained as TTI analyses become available
51   /// that complements the PrevTTI delegation chain. When one part of an
52   /// analysis pass wants to query another part of the analysis pass it can use
53   /// this to start back at the top of the stack.
54   TargetTransformInfo *TopTTI;
55
56   /// All pass subclasses must in their initializePass routine call
57   /// pushTTIStack with themselves to update the pointers tracking the previous
58   /// TTI instance in the analysis group's stack, and the top of the analysis
59   /// group's stack.
60   void pushTTIStack(Pass *P);
61
62   /// All pass subclasses must in their finalizePass routine call popTTIStack
63   /// to update the pointers tracking the previous TTI instance in the analysis
64   /// group's stack, and the top of the analysis group's stack.
65   void popTTIStack();
66
67   /// All pass subclasses must call TargetTransformInfo::getAnalysisUsage.
68   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
69
70 public:
71   /// This class is intended to be subclassed by real implementations.
72   virtual ~TargetTransformInfo() = 0;
73
74   /// \name Generic Target Information
75   /// @{
76
77   /// \brief Underlying constants for 'cost' values in this interface.
78   ///
79   /// Many APIs in this interface return a cost. This enum defines the
80   /// fundamental values that should be used to interpret (and produce) those
81   /// costs. The costs are returned as an unsigned rather than a member of this
82   /// enumeration because it is expected that the cost of one IR instruction
83   /// may have a multiplicative factor to it or otherwise won't fit directly
84   /// into the enum. Moreover, it is common to sum or average costs which works
85   /// better as simple integral values. Thus this enum only provides constants.
86   ///
87   /// Note that these costs should usually reflect the intersection of code-size
88   /// cost and execution cost. A free instruction is typically one that folds
89   /// into another instruction. For example, reg-to-reg moves can often be
90   /// skipped by renaming the registers in the CPU, but they still are encoded
91   /// and thus wouldn't be considered 'free' here.
92   enum TargetCostConstants {
93     TCC_Free = 0,       ///< Expected to fold away in lowering.
94     TCC_Basic = 1,      ///< The cost of a typical 'add' instruction.
95     TCC_Load = 3,
96     TCC_Expensive = 4   ///< The cost of a 'div' instruction on x86.
97   };
98
99   /// \brief Estimate the cost of a specific operation when lowered.
100   ///
101   /// Note that this is designed to work on an arbitrary synthetic opcode, and
102   /// thus work for hypothetical queries before an instruction has even been
103   /// formed. However, this does *not* work for GEPs, and must not be called
104   /// for a GEP instruction. Instead, use the dedicated getGEPCost interface as
105   /// analyzing a GEP's cost required more information.
106   ///
107   /// Typically only the result type is required, and the operand type can be
108   /// omitted. However, if the opcode is one of the cast instructions, the
109   /// operand type is required.
110   ///
111   /// The returned cost is defined in terms of \c TargetCostConstants, see its
112   /// comments for a detailed explanation of the cost values.
113   virtual unsigned getOperationCost(unsigned Opcode, Type *Ty,
114                                     Type *OpTy = 0) const;
115
116   /// \brief Estimate the cost of a GEP operation when lowered.
117   ///
118   /// The contract for this function is the same as \c getOperationCost except
119   /// that it supports an interface that provides extra information specific to
120   /// the GEP operation.
121   virtual unsigned getGEPCost(const Value *Ptr,
122                               ArrayRef<const Value *> Operands) const;
123
124   /// \brief Estimate the cost of a function call when lowered.
125   ///
126   /// The contract for this is the same as \c getOperationCost except that it
127   /// supports an interface that provides extra information specific to call
128   /// instructions.
129   ///
130   /// This is the most basic query for estimating call cost: it only knows the
131   /// function type and (potentially) the number of arguments at the call site.
132   /// The latter is only interesting for varargs function types.
133   virtual unsigned getCallCost(FunctionType *FTy, int NumArgs = -1) const;
134
135   /// \brief Estimate the cost of calling a specific function when lowered.
136   ///
137   /// This overload adds the ability to reason about the particular function
138   /// being called in the event it is a library call with special lowering.
139   virtual unsigned getCallCost(const Function *F, int NumArgs = -1) const;
140
141   /// \brief Estimate the cost of calling a specific function when lowered.
142   ///
143   /// This overload allows specifying a set of candidate argument values.
144   virtual unsigned getCallCost(const Function *F,
145                                ArrayRef<const Value *> Arguments) const;
146
147   /// \brief Estimate the cost of an intrinsic when lowered.
148   ///
149   /// Mirrors the \c getCallCost method but uses an intrinsic identifier.
150   virtual unsigned getIntrinsicCost(Intrinsic::ID IID, Type *RetTy,
151                                     ArrayRef<Type *> ParamTys) const;
152
153   /// \brief Estimate the cost of an intrinsic when lowered.
154   ///
155   /// Mirrors the \c getCallCost method but uses an intrinsic identifier.
156   virtual unsigned getIntrinsicCost(Intrinsic::ID IID, Type *RetTy,
157                                     ArrayRef<const Value *> Arguments) const;
158
159   /// \brief Estimate the cost of a given IR user when lowered.
160   ///
161   /// This can estimate the cost of either a ConstantExpr or Instruction when
162   /// lowered. It has two primary advantages over the \c getOperationCost and
163   /// \c getGEPCost above, and one significant disadvantage: it can only be
164   /// used when the IR construct has already been formed.
165   ///
166   /// The advantages are that it can inspect the SSA use graph to reason more
167   /// accurately about the cost. For example, all-constant-GEPs can often be
168   /// folded into a load or other instruction, but if they are used in some
169   /// other context they may not be folded. This routine can distinguish such
170   /// cases.
171   ///
172   /// The returned cost is defined in terms of \c TargetCostConstants, see its
173   /// comments for a detailed explanation of the cost values.
174   virtual unsigned getUserCost(const User *U) const;
175
176   /// \brief hasBranchDivergence - Return true if branch divergence exists.
177   /// Branch divergence has a significantly negative impact on GPU performance
178   /// when threads in the same wavefront take different paths due to conditional
179   /// branches.
180   virtual bool hasBranchDivergence() const;
181
182   /// \brief Test whether calls to a function lower to actual program function
183   /// calls.
184   ///
185   /// The idea is to test whether the program is likely to require a 'call'
186   /// instruction or equivalent in order to call the given function.
187   ///
188   /// FIXME: It's not clear that this is a good or useful query API. Client's
189   /// should probably move to simpler cost metrics using the above.
190   /// Alternatively, we could split the cost interface into distinct code-size
191   /// and execution-speed costs. This would allow modelling the core of this
192   /// query more accurately as the a call is a single small instruction, but
193   /// incurs significant execution cost.
194   virtual bool isLoweredToCall(const Function *F) const;
195
196   /// Parameters that control the generic loop unrolling transformation.
197   struct UnrollingPreferences {
198     /// The cost threshold for the unrolled loop, compared to
199     /// CodeMetrics.NumInsts aggregated over all basic blocks in the loop body.
200     /// The unrolling factor is set such that the unrolled loop body does not
201     /// exceed this cost. Set this to UINT_MAX to disable the loop body cost
202     /// restriction.
203     unsigned Threshold;
204     /// The cost threshold for the unrolled loop when optimizing for size (set
205     /// to UINT_MAX to disable).
206     unsigned OptSizeThreshold;
207     /// A forced unrolling factor (the number of concatenated bodies of the
208     /// original loop in the unrolled loop body). When set to 0, the unrolling
209     /// transformation will select an unrolling factor based on the current cost
210     /// threshold and other factors.
211     unsigned Count;
212     /// Allow partial unrolling (unrolling of loops to expand the size of the
213     /// loop body, not only to eliminate small constant-trip-count loops).
214     bool     Partial;
215     /// Allow runtime unrolling (unrolling of loops to expand the size of the
216     /// loop body even when the number of loop iterations is not known at compile
217     /// time).
218     bool     Runtime;
219   };
220
221   /// \brief Get target-customized preferences for the generic loop unrolling
222   /// transformation. The caller will initialize UP with the current
223   /// target-independent defaults.
224   virtual void getUnrollingPreferences(Loop *L, UnrollingPreferences &UP) const;
225
226   /// @}
227
228   /// \name Scalar Target Information
229   /// @{
230
231   /// \brief Flags indicating the kind of support for population count.
232   ///
233   /// Compared to the SW implementation, HW support is supposed to
234   /// significantly boost the performance when the population is dense, and it
235   /// may or may not degrade performance if the population is sparse. A HW
236   /// support is considered as "Fast" if it can outperform, or is on a par
237   /// with, SW implementation when the population is sparse; otherwise, it is
238   /// considered as "Slow".
239   enum PopcntSupportKind {
240     PSK_Software,
241     PSK_SlowHardware,
242     PSK_FastHardware
243   };
244
245   /// \brief Return true if the specified immediate is legal add immediate, that
246   /// is the target has add instructions which can add a register with the
247   /// immediate without having to materialize the immediate into a register.
248   virtual bool isLegalAddImmediate(int64_t Imm) const;
249
250   /// \brief Return true if the specified immediate is legal icmp immediate,
251   /// that is the target has icmp instructions which can compare a register
252   /// against the immediate without having to materialize the immediate into a
253   /// register.
254   virtual bool isLegalICmpImmediate(int64_t Imm) const;
255
256   /// \brief Return true if the addressing mode represented by AM is legal for
257   /// this target, for a load/store of the specified type.
258   /// The type may be VoidTy, in which case only return true if the addressing
259   /// mode is legal for a load/store of any legal type.
260   /// TODO: Handle pre/postinc as well.
261   virtual bool isLegalAddressingMode(Type *Ty, GlobalValue *BaseGV,
262                                      int64_t BaseOffset, bool HasBaseReg,
263                                      int64_t Scale) const;
264
265   /// \brief Return the cost of the scaling factor used in the addressing
266   /// mode represented by AM for this target, for a load/store
267   /// of the specified type.
268   /// If the AM is supported, the return value must be >= 0.
269   /// If the AM is not supported, it returns a negative value.
270   /// TODO: Handle pre/postinc as well.
271   virtual int getScalingFactorCost(Type *Ty, GlobalValue *BaseGV,
272                                    int64_t BaseOffset, bool HasBaseReg,
273                                    int64_t Scale) const;
274
275   /// \brief Return true if it's free to truncate a value of type Ty1 to type
276   /// Ty2. e.g. On x86 it's free to truncate a i32 value in register EAX to i16
277   /// by referencing its sub-register AX.
278   virtual bool isTruncateFree(Type *Ty1, Type *Ty2) const;
279
280   /// \brief Return true if this type is legal.
281   virtual bool isTypeLegal(Type *Ty) const;
282
283   /// \brief Returns the target's jmp_buf alignment in bytes.
284   virtual unsigned getJumpBufAlignment() const;
285
286   /// \brief Returns the target's jmp_buf size in bytes.
287   virtual unsigned getJumpBufSize() const;
288
289   /// \brief Return true if switches should be turned into lookup tables for the
290   /// target.
291   virtual bool shouldBuildLookupTables() const;
292
293   /// \brief Return hardware support for population count.
294   virtual PopcntSupportKind getPopcntSupport(unsigned IntTyWidthInBit) const;
295
296   /// \brief Return true if the hardware has a fast square-root instruction.
297   virtual bool haveFastSqrt(Type *Ty) const;
298
299   /// \brief Return the expected cost of materializing for the given integer
300   /// immediate of the specified type.
301   virtual unsigned getIntImmCost(const APInt &Imm, Type *Ty) const;
302
303   /// \brief Return the expected cost of materialization for the given integer
304   /// immediate of the specified type for a given instruction. The cost can be
305   /// zero if the immediate can be folded into the specified instruction.
306   virtual unsigned getIntImmCost(unsigned Opcode, const APInt &Imm,
307                                  Type *Ty) const;
308   virtual unsigned getIntImmCost(Intrinsic::ID IID, const APInt &Imm,
309                                  Type *Ty) const;
310   /// @}
311
312   /// \name Vector Target Information
313   /// @{
314
315   /// \brief The various kinds of shuffle patterns for vector queries.
316   enum ShuffleKind {
317     SK_Broadcast,       ///< Broadcast element 0 to all other elements.
318     SK_Reverse,         ///< Reverse the order of the vector.
319     SK_InsertSubvector, ///< InsertSubvector. Index indicates start offset.
320     SK_ExtractSubvector ///< ExtractSubvector Index indicates start offset.
321   };
322
323   /// \brief Additional information about an operand's possible values.
324   enum OperandValueKind {
325     OK_AnyValue,            // Operand can have any value.
326     OK_UniformValue,        // Operand is uniform (splat of a value).
327     OK_UniformConstantValue // Operand is uniform constant.
328   };
329
330   /// \return The number of scalar or vector registers that the target has.
331   /// If 'Vectors' is true, it returns the number of vector registers. If it is
332   /// set to false, it returns the number of scalar registers.
333   virtual unsigned getNumberOfRegisters(bool Vector) const;
334
335   /// \return The width of the largest scalar or vector register type.
336   virtual unsigned getRegisterBitWidth(bool Vector) const;
337
338   /// \return The maximum unroll factor that the vectorizer should try to
339   /// perform for this target. This number depends on the level of parallelism
340   /// and the number of execution units in the CPU.
341   virtual unsigned getMaximumUnrollFactor() const;
342
343   /// \return The expected cost of arithmetic ops, such as mul, xor, fsub, etc.
344   virtual unsigned getArithmeticInstrCost(unsigned Opcode, Type *Ty,
345                                   OperandValueKind Opd1Info = OK_AnyValue,
346                                   OperandValueKind Opd2Info = OK_AnyValue) const;
347
348   /// \return The cost of a shuffle instruction of kind Kind and of type Tp.
349   /// The index and subtype parameters are used by the subvector insertion and
350   /// extraction shuffle kinds.
351   virtual unsigned getShuffleCost(ShuffleKind Kind, Type *Tp, int Index = 0,
352                                   Type *SubTp = 0) const;
353
354   /// \return The expected cost of cast instructions, such as bitcast, trunc,
355   /// zext, etc.
356   virtual unsigned getCastInstrCost(unsigned Opcode, Type *Dst,
357                                     Type *Src) const;
358
359   /// \return The expected cost of control-flow related instructions such as
360   /// Phi, Ret, Br.
361   virtual unsigned getCFInstrCost(unsigned Opcode) const;
362
363   /// \returns The expected cost of compare and select instructions.
364   virtual unsigned getCmpSelInstrCost(unsigned Opcode, Type *ValTy,
365                                       Type *CondTy = 0) const;
366
367   /// \return The expected cost of vector Insert and Extract.
368   /// Use -1 to indicate that there is no information on the index value.
369   virtual unsigned getVectorInstrCost(unsigned Opcode, Type *Val,
370                                       unsigned Index = -1) const;
371
372   /// \return The cost of Load and Store instructions.
373   virtual unsigned getMemoryOpCost(unsigned Opcode, Type *Src,
374                                    unsigned Alignment,
375                                    unsigned AddressSpace) const;
376
377   /// \brief Calculate the cost of performing a vector reduction.
378   ///
379   /// This is the cost of reducing the vector value of type \p Ty to a scalar
380   /// value using the operation denoted by \p Opcode. The form of the reduction
381   /// can either be a pairwise reduction or a reduction that splits the vector
382   /// at every reduction level.
383   ///
384   /// Pairwise:
385   ///  (v0, v1, v2, v3)
386   ///  ((v0+v1), (v2, v3), undef, undef)
387   /// Split:
388   ///  (v0, v1, v2, v3)
389   ///  ((v0+v2), (v1+v3), undef, undef)
390   virtual unsigned getReductionCost(unsigned Opcode, Type *Ty,
391                                     bool IsPairwiseForm) const;
392
393   /// \returns The cost of Intrinsic instructions.
394   virtual unsigned getIntrinsicInstrCost(Intrinsic::ID ID, Type *RetTy,
395                                          ArrayRef<Type *> Tys) const;
396
397   /// \returns The number of pieces into which the provided type must be
398   /// split during legalization. Zero is returned when the answer is unknown.
399   virtual unsigned getNumberOfParts(Type *Tp) const;
400
401   /// \returns The cost of the address computation. For most targets this can be
402   /// merged into the instruction indexing mode. Some targets might want to
403   /// distinguish between address computation for memory operations on vector
404   /// types and scalar types. Such targets should override this function.
405   /// The 'IsComplex' parameter is a hint that the address computation is likely
406   /// to involve multiple instructions and as such unlikely to be merged into
407   /// the address indexing mode.
408   virtual unsigned getAddressComputationCost(Type *Ty,
409                                              bool IsComplex = false) const;
410
411   /// @}
412
413   /// Analysis group identification.
414   static char ID;
415 };
416
417 /// \brief Create the base case instance of a pass in the TTI analysis group.
418 ///
419 /// This class provides the base case for the stack of TTI analyzes. It doesn't
420 /// delegate to anything and uses the STTI and VTTI objects passed in to
421 /// satisfy the queries.
422 ImmutablePass *createNoTargetTransformInfoPass();
423
424 } // End llvm namespace
425
426 #endif