include/llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h

   1 //===-- CodeGen/MachineFrameInfo.h - Abstract Stack Frame Rep. --*- 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 // The file defines the MachineFrameInfo class.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #ifndef LLVM_CODEGEN_MACHINEFRAMEINFO_H
  15 #define LLVM_CODEGEN_MACHINEFRAMEINFO_H
  16
  17 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
  18 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  19 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  20 #include "llvm/System/DataTypes.h"
  21 #include <cassert>
  22 #include <limits>
  23 #include <vector>
  24
  25 namespace llvm {
  26 class raw_ostream;
  27 class TargetData;
  28 class TargetRegisterClass;
  29 class Type;
  30 class MachineModuleInfo;
  31 class MachineFunction;
  32 class MachineBasicBlock;
  33 class TargetFrameInfo;
  34
  35 /// The CalleeSavedInfo class tracks the information need to locate where a
  36 /// callee saved register in the current frame.
  37 class CalleeSavedInfo {
  38
  39 private:
  40   unsigned Reg;
  41   const TargetRegisterClass *RegClass;
  42   int FrameIdx;
  43
  44 public:
  45   CalleeSavedInfo(unsigned R, const TargetRegisterClass *RC, int FI = 0)
  46   : Reg(R)
  47   , RegClass(RC)
  48   , FrameIdx(FI)
  49   {}
  50
  51   // Accessors.
  52   unsigned getReg()                        const { return Reg; }
  53   const TargetRegisterClass *getRegClass() const { return RegClass; }
  54   int getFrameIdx()                        const { return FrameIdx; }
  55   void setFrameIdx(int FI)                       { FrameIdx = FI; }
  56 };
  57
  58 /// The MachineFrameInfo class represents an abstract stack frame until
  59 /// prolog/epilog code is inserted.  This class is key to allowing stack frame
  60 /// representation optimizations, such as frame pointer elimination.  It also
  61 /// allows more mundane (but still important) optimizations, such as reordering
  62 /// of abstract objects on the stack frame.
  63 ///
  64 /// To support this, the class assigns unique integer identifiers to stack
  65 /// objects requested clients.  These identifiers are negative integers for
  66 /// fixed stack objects (such as arguments passed on the stack) or nonnegative
  67 /// for objects that may be reordered.  Instructions which refer to stack
  68 /// objects use a special MO_FrameIndex operand to represent these frame
  69 /// indexes.
  70 ///
  71 /// Because this class keeps track of all references to the stack frame, it
  72 /// knows when a variable sized object is allocated on the stack.  This is the
  73 /// sole condition which prevents frame pointer elimination, which is an
  74 /// important optimization on register-poor architectures.  Because original
  75 /// variable sized alloca's in the source program are the only source of
  76 /// variable sized stack objects, it is safe to decide whether there will be
  77 /// any variable sized objects before all stack objects are known (for
  78 /// example, register allocator spill code never needs variable sized
  79 /// objects).
  80 ///
  81 /// When prolog/epilog code emission is performed, the final stack frame is
  82 /// built and the machine instructions are modified to refer to the actual
  83 /// stack offsets of the object, eliminating all MO_FrameIndex operands from
  84 /// the program.
  85 ///
  86 /// @brief Abstract Stack Frame Information
  87 class MachineFrameInfo {
  88
  89   // StackObject - Represent a single object allocated on the stack.
  90   struct StackObject {
  91     // SPOffset - The offset of this object from the stack pointer on entry to
  92     // the function.  This field has no meaning for a variable sized element.
  93     int64_t SPOffset;
  94
  95     // The size of this object on the stack. 0 means a variable sized object,
  96     // ~0ULL means a dead object.
  97     uint64_t Size;
  98
  99     // Alignment - The required alignment of this stack slot.
 100     unsigned Alignment;
 101
 102     // isImmutable - If true, the value of the stack object is set before
 103     // entering the function and is not modified inside the function. By
 104     // default, fixed objects are immutable unless marked otherwise.
 105     bool isImmutable;
 106
 107     // isSpillSlot - If true, the stack object is used as spill slot. It
 108     // cannot alias any other memory objects.
 109     bool isSpillSlot;
 110
 111     StackObject(uint64_t Sz, unsigned Al, int64_t SP, bool IM,
 112                 bool isSS)
 113       : SPOffset(SP), Size(Sz), Alignment(Al), isImmutable(IM),
 114         isSpillSlot(isSS) {}
 115   };
 116
 117   /// Objects - The list of stack objects allocated...
 118   ///
 119   std::vector<StackObject> Objects;
 120
 121   /// NumFixedObjects - This contains the number of fixed objects contained on
 122   /// the stack.  Because fixed objects are stored at a negative index in the
 123   /// Objects list, this is also the index to the 0th object in the list.
 124   ///
 125   unsigned NumFixedObjects;
 126
 127   /// HasVarSizedObjects - This boolean keeps track of whether any variable
 128   /// sized objects have been allocated yet.
 129   ///
 130   bool HasVarSizedObjects;
 131
 132   /// FrameAddressTaken - This boolean keeps track of whether there is a call
 133   /// to builtin \@llvm.frameaddress.
 134   bool FrameAddressTaken;
 135
 136   /// StackSize - The prolog/epilog code inserter calculates the final stack
 137   /// offsets for all of the fixed size objects, updating the Objects list
 138   /// above.  It then updates StackSize to contain the number of bytes that need
 139   /// to be allocated on entry to the function.
 140   ///
 141   uint64_t StackSize;
 142
 143   /// OffsetAdjustment - The amount that a frame offset needs to be adjusted to
 144   /// have the actual offset from the stack/frame pointer.  The exact usage of
 145   /// this is target-dependent, but it is typically used to adjust between
 146   /// SP-relative and FP-relative offsets.  E.G., if objects are accessed via
 147   /// SP then OffsetAdjustment is zero; if FP is used, OffsetAdjustment is set
 148   /// to the distance between the initial SP and the value in FP.  For many
 149   /// targets, this value is only used when generating debug info (via
 150   /// TargetRegisterInfo::getFrameIndexOffset); when generating code, the
 151   /// corresponding adjustments are performed directly.
 152   int OffsetAdjustment;
 153
 154   /// MaxAlignment - The prolog/epilog code inserter may process objects
 155   /// that require greater alignment than the default alignment the target
 156   /// provides. To handle this, MaxAlignment is set to the maximum alignment
 157   /// needed by the objects on the current frame.  If this is greater than the
 158   /// native alignment maintained by the compiler, dynamic alignment code will
 159   /// be needed.
 160   ///
 161   unsigned MaxAlignment;
 162
 163   /// HasCalls - Set to true if this function has any function calls.  This is
 164   /// only valid during and after prolog/epilog code insertion.
 165   bool HasCalls;
 166
 167   /// StackProtectorIdx - The frame index for the stack protector.
 168   int StackProtectorIdx;
 169
 170   /// MaxCallFrameSize - This contains the size of the largest call frame if the
 171   /// target uses frame setup/destroy pseudo instructions (as defined in the
 172   /// TargetFrameInfo class).  This information is important for frame pointer
 173   /// elimination.  If is only valid during and after prolog/epilog code
 174   /// insertion.
 175   ///
 176   unsigned MaxCallFrameSize;
 177
 178   /// CSInfo - The prolog/epilog code inserter fills in this vector with each
 179   /// callee saved register saved in the frame.  Beyond its use by the prolog/
 180   /// epilog code inserter, this data used for debug info and exception
 181   /// handling.
 182   std::vector<CalleeSavedInfo> CSInfo;
 183
 184   /// CSIValid - Has CSInfo been set yet?
 185   bool CSIValid;
 186
 187   /// SpillObjects - A vector indicating which frame indices refer to
 188   /// spill slots.
 189   SmallVector<bool, 8> SpillObjects;
 190
 191   /// MMI - This field is set (via setMachineModuleInfo) by a module info
 192   /// consumer (ex. DwarfWriter) to indicate that frame layout information
 193   /// should be acquired.  Typically, it's the responsibility of the target's
 194   /// TargetRegisterInfo prologue/epilogue emitting code to inform
 195   /// MachineModuleInfo of frame layouts.
 196   MachineModuleInfo *MMI;
 197
 198   /// TargetFrameInfo - Target information about frame layout.
 199   ///
 200   const TargetFrameInfo &TFI;
 201
 202 public:
 203   explicit MachineFrameInfo(const TargetFrameInfo &tfi) : TFI(tfi) {
 204     StackSize = NumFixedObjects = OffsetAdjustment = MaxAlignment = 0;
 205     HasVarSizedObjects = false;
 206     FrameAddressTaken = false;
 207     HasCalls = false;
 208     StackProtectorIdx = -1;
 209     MaxCallFrameSize = 0;
 210     CSIValid = false;
 211     MMI = 0;
 212   }
 213
 214   /// hasStackObjects - Return true if there are any stack objects in this
 215   /// function.
 216   ///
 217   bool hasStackObjects() const { return !Objects.empty(); }
 218
 219   /// hasVarSizedObjects - This method may be called any time after instruction
 220   /// selection is complete to determine if the stack frame for this function
 221   /// contains any variable sized objects.
 222   ///
 223   bool hasVarSizedObjects() const { return HasVarSizedObjects; }
 224
 225   /// getStackProtectorIndex/setStackProtectorIndex - Return the index for the
 226   /// stack protector object.
 227   ///
 228   int getStackProtectorIndex() const { return StackProtectorIdx; }
 229   void setStackProtectorIndex(int I) { StackProtectorIdx = I; }
 230
 231   /// isFrameAddressTaken - This method may be called any time after instruction
 232   /// selection is complete to determine if there is a call to
 233   /// \@llvm.frameaddress in this function.
 234   bool isFrameAddressTaken() const { return FrameAddressTaken; }
 235   void setFrameAddressIsTaken(bool T) { FrameAddressTaken = T; }
 236
 237   /// getObjectIndexBegin - Return the minimum frame object index.
 238   ///
 239   int getObjectIndexBegin() const { return -NumFixedObjects; }
 240
 241   /// getObjectIndexEnd - Return one past the maximum frame object index.
 242   ///
 243   int getObjectIndexEnd() const { return (int)Objects.size()-NumFixedObjects; }
 244
 245   /// getNumFixedObjects() - Return the number of fixed objects.
 246   unsigned getNumFixedObjects() const { return NumFixedObjects; }
 247
 248   /// getNumObjects() - Return the number of objects.
 249   ///
 250   unsigned getNumObjects() const { return Objects.size(); }
 251
 252   /// getObjectSize - Return the size of the specified object.
 253   ///
 254   int64_t getObjectSize(int ObjectIdx) const {
 255     assert(unsigned(ObjectIdx+NumFixedObjects) < Objects.size() &&
 256            "Invalid Object Idx!");
 257     return Objects[ObjectIdx+NumFixedObjects].Size;
 258   }
 259
 260   /// setObjectSize - Change the size of the specified stack object.
 261   void setObjectSize(int ObjectIdx, int64_t Size) {
 262     assert(unsigned(ObjectIdx+NumFixedObjects) < Objects.size() &&
 263            "Invalid Object Idx!");
 264     Objects[ObjectIdx+NumFixedObjects].Size = Size;
 265   }
 266
 267   /// getObjectAlignment - Return the alignment of the specified stack object.
 268   unsigned getObjectAlignment(int ObjectIdx) const {
 269     assert(unsigned(ObjectIdx+NumFixedObjects) < Objects.size() &&
 270            "Invalid Object Idx!");
 271     return Objects[ObjectIdx+NumFixedObjects].Alignment;
 272   }
 273
 274   /// setObjectAlignment - Change the alignment of the specified stack object.
 275   void setObjectAlignment(int ObjectIdx, unsigned Align) {
 276     assert(unsigned(ObjectIdx+NumFixedObjects) < Objects.size() &&
 277            "Invalid Object Idx!");
 278     Objects[ObjectIdx+NumFixedObjects].Alignment = Align;
 279   }
 280
 281   /// getObjectOffset - Return the assigned stack offset of the specified object
 282   /// from the incoming stack pointer.
 283   ///
 284   int64_t getObjectOffset(int ObjectIdx) const {
 285     assert(unsigned(ObjectIdx+NumFixedObjects) < Objects.size() &&
 286            "Invalid Object Idx!");
 287     assert(!isDeadObjectIndex(ObjectIdx) &&
 288            "Getting frame offset for a dead object?");
 289     return Objects[ObjectIdx+NumFixedObjects].SPOffset;
 290   }
 291
 292   /// setObjectOffset - Set the stack frame offset of the specified object.  The
 293   /// offset is relative to the stack pointer on entry to the function.
 294   ///
 295   void setObjectOffset(int ObjectIdx, int64_t SPOffset) {
 296     assert(unsigned(ObjectIdx+NumFixedObjects) < Objects.size() &&
 297            "Invalid Object Idx!");
 298     assert(!isDeadObjectIndex(ObjectIdx) &&
 299            "Setting frame offset for a dead object?");
 300     Objects[ObjectIdx+NumFixedObjects].SPOffset = SPOffset;
 301   }
 302
 303   /// getStackSize - Return the number of bytes that must be allocated to hold
 304   /// all of the fixed size frame objects.  This is only valid after
 305   /// Prolog/Epilog code insertion has finalized the stack frame layout.
 306   ///
 307   uint64_t getStackSize() const { return StackSize; }
 308
 309   /// setStackSize - Set the size of the stack...
 310   ///
 311   void setStackSize(uint64_t Size) { StackSize = Size; }
 312
 313   /// getOffsetAdjustment - Return the correction for frame offsets.
 314   ///
 315   int getOffsetAdjustment() const { return OffsetAdjustment; }
 316
 317   /// setOffsetAdjustment - Set the correction for frame offsets.
 318   ///
 319   void setOffsetAdjustment(int Adj) { OffsetAdjustment = Adj; }
 320
 321   /// getMaxAlignment - Return the alignment in bytes that this function must be
 322   /// aligned to, which is greater than the default stack alignment provided by
 323   /// the target.
 324   ///
 325   unsigned getMaxAlignment() const { return MaxAlignment; }
 326
 327   /// setMaxAlignment - Set the preferred alignment.
 328   ///
 329   void setMaxAlignment(unsigned Align) { MaxAlignment = Align; }
 330
 331   /// hasCalls - Return true if the current function has no function calls.
 332   /// This is only valid during or after prolog/epilog code emission.
 333   ///
 334   bool hasCalls() const { return HasCalls; }
 335   void setHasCalls(bool V) { HasCalls = V; }
 336
 337   /// getMaxCallFrameSize - Return the maximum size of a call frame that must be
 338   /// allocated for an outgoing function call.  This is only available if
 339   /// CallFrameSetup/Destroy pseudo instructions are used by the target, and
 340   /// then only during or after prolog/epilog code insertion.
 341   ///
 342   unsigned getMaxCallFrameSize() const { return MaxCallFrameSize; }
 343   void setMaxCallFrameSize(unsigned S) { MaxCallFrameSize = S; }
 344
 345   /// CreateFixedObject - Create a new object at a fixed location on the stack.
 346   /// All fixed objects should be created before other objects are created for
 347   /// efficiency. By default, fixed objects are immutable. This returns an
 348   /// index with a negative value.
 349   ///
 350   int CreateFixedObject(uint64_t Size, int64_t SPOffset,
 351                         bool Immutable, bool isSS);
 352
 353
 354   /// isFixedObjectIndex - Returns true if the specified index corresponds to a
 355   /// fixed stack object.
 356   bool isFixedObjectIndex(int ObjectIdx) const {
 357     return ObjectIdx < 0 && (ObjectIdx >= -(int)NumFixedObjects);
 358   }
 359
 360   /// isImmutableObjectIndex - Returns true if the specified index corresponds
 361   /// to an immutable object.
 362   bool isImmutableObjectIndex(int ObjectIdx) const {
 363     assert(unsigned(ObjectIdx+NumFixedObjects) < Objects.size() &&
 364            "Invalid Object Idx!");
 365     return Objects[ObjectIdx+NumFixedObjects].isImmutable;
 366   }
 367
 368   /// isSpillSlotObjectIndex - Returns true if the specified index corresponds
 369   /// to a spill slot..
 370   bool isSpillSlotObjectIndex(int ObjectIdx) const {
 371     assert(unsigned(ObjectIdx+NumFixedObjects) < Objects.size() &&
 372            "Invalid Object Idx!");
 373     return Objects[ObjectIdx+NumFixedObjects].isSpillSlot;;
 374   }
 375
 376   /// isDeadObjectIndex - Returns true if the specified index corresponds to
 377   /// a dead object.
 378   bool isDeadObjectIndex(int ObjectIdx) const {
 379     assert(unsigned(ObjectIdx+NumFixedObjects) < Objects.size() &&
 380            "Invalid Object Idx!");
 381     return Objects[ObjectIdx+NumFixedObjects].Size == ~0ULL;
 382   }
 383
 384   /// CreateStackObject - Create a new statically sized stack object,
 385   /// returning a nonnegative identifier to represent it.
 386   ///
 387   int CreateStackObject(uint64_t Size, unsigned Alignment, bool isSS) {
 388     assert(Size != 0 && "Cannot allocate zero size stack objects!");
 389     Objects.push_back(StackObject(Size, Alignment, 0, false, isSS));
 390     int Index = (int)Objects.size()-NumFixedObjects-1;
 391     assert(Index >= 0 && "Bad frame index!");
 392     if (SpillObjects.size() <= static_cast<unsigned>(Index))
 393       SpillObjects.resize(Index+1);
 394     SpillObjects[Index] = false;
 395     return Index;
 396   }
 397
 398   /// CreateSpillStackObject - Create a new statically sized stack
 399   /// object that represents a spill slot, returning a nonnegative
 400   /// identifier to represent it.
 401   ///
 402   int CreateSpillStackObject(uint64_t Size, unsigned Alignment) {
 403     CreateStackObject(Size, Alignment, true);
 404     int Index = (int)Objects.size()-NumFixedObjects-1;
 405     if (SpillObjects.size() <= static_cast<unsigned>(Index))
 406       SpillObjects.resize(Index+1);
 407     SpillObjects[Index] = true;
 408     return Index;
 409   }
 410
 411   /// RemoveStackObject - Remove or mark dead a statically sized stack object.
 412   ///
 413   void RemoveStackObject(int ObjectIdx) {
 414     // Mark it dead.
 415     Objects[ObjectIdx+NumFixedObjects].Size = ~0ULL;
 416   }
 417
 418   /// CreateVariableSizedObject - Notify the MachineFrameInfo object that a
 419   /// variable sized object has been created.  This must be created whenever a
 420   /// variable sized object is created, whether or not the index returned is
 421   /// actually used.
 422   ///
 423   int CreateVariableSizedObject() {
 424     HasVarSizedObjects = true;
 425     Objects.push_back(StackObject(0, 1, 0, false, false));
 426     return (int)Objects.size()-NumFixedObjects-1;
 427   }
 428
 429   /// isSpillObject - Return whether the index refers to a spill slot.
 430   ///
 431   bool isSpillObject(int Index) const {
 432     // Negative indices can't be spill slots.
 433     if (Index < 0) return false;
 434     assert(static_cast<unsigned>(Index) < SpillObjects.size() &&
 435            "Invalid frame index!");
 436     return SpillObjects[Index];
 437   }
 438
 439   /// getCalleeSavedInfo - Returns a reference to call saved info vector for the
 440   /// current function.
 441   const std::vector<CalleeSavedInfo> &getCalleeSavedInfo() const {
 442     return CSInfo;
 443   }
 444
 445   /// setCalleeSavedInfo - Used by prolog/epilog inserter to set the function's
 446   /// callee saved information.
 447   void  setCalleeSavedInfo(const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI) {
 448     CSInfo = CSI;
 449   }
 450
 451   /// isCalleeSavedInfoValid - Has the callee saved info been calculated yet?
 452   bool isCalleeSavedInfoValid() const { return CSIValid; }
 453
 454   void setCalleeSavedInfoValid(bool v) { CSIValid = v; }
 455
 456   /// getPristineRegs - Return a set of physical registers that are pristine on
 457   /// entry to the MBB.
 458   ///
 459   /// Pristine registers hold a value that is useless to the current function,
 460   /// but that must be preserved - they are callee saved registers that have not
 461   /// been saved yet.
 462   ///
 463   /// Before the PrologueEpilogueInserter has placed the CSR spill code, this
 464   /// method always returns an empty set.
 465   BitVector getPristineRegs(const MachineBasicBlock *MBB) const;
 466
 467   /// getMachineModuleInfo - Used by a prologue/epilogue
 468   /// emitter (TargetRegisterInfo) to provide frame layout information.
 469   MachineModuleInfo *getMachineModuleInfo() const { return MMI; }
 470
 471   /// setMachineModuleInfo - Used by a meta info consumer (DwarfWriter) to
 472   /// indicate that frame layout information should be gathered.
 473   void setMachineModuleInfo(MachineModuleInfo *mmi) { MMI = mmi; }
 474
 475   /// print - Used by the MachineFunction printer to print information about
 476   /// stack objects.  Implemented in MachineFunction.cpp
 477   ///
 478   void print(const MachineFunction &MF, raw_ostream &OS) const;
 479
 480   /// dump - Print the function to stderr.
 481   void dump(const MachineFunction &MF) const;
 482 };
 483
 484 } // End llvm namespace
 485
 486 #endif