[C++11] More 'nullptr' conversion or in some cases just using a boolean check instead...
[oota-llvm.git] / include / llvm / MC / MCRegisterInfo.h
1 //=== MC/MCRegisterInfo.h - Target Register Description ---------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file describes an abstract interface used to get information about a
11 // target machines register file.  This information is used for a variety of
12 // purposed, especially register allocation.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #ifndef LLVM_MC_MCREGISTERINFO_H
17 #define LLVM_MC_MCREGISTERINFO_H
18
19 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
20 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
21 #include <cassert>
22
23 namespace llvm {
24
25 /// An unsigned integer type large enough to represent all physical registers,
26 /// but not necessarily virtual registers.
27 typedef uint16_t MCPhysReg;
28
29 /// MCRegisterClass - Base class of TargetRegisterClass.
30 class MCRegisterClass {
31 public:
32   typedef const MCPhysReg* iterator;
33   typedef const MCPhysReg* const_iterator;
34
35   const char *Name;
36   const iterator RegsBegin;
37   const uint8_t *const RegSet;
38   const uint16_t RegsSize;
39   const uint16_t RegSetSize;
40   const uint16_t ID;
41   const uint16_t RegSize, Alignment; // Size & Alignment of register in bytes
42   const int8_t CopyCost;
43   const bool Allocatable;
44
45   /// getID() - Return the register class ID number.
46   ///
47   unsigned getID() const { return ID; }
48
49   /// getName() - Return the register class name for debugging.
50   ///
51   const char *getName() const { return Name; }
52
53   /// begin/end - Return all of the registers in this class.
54   ///
55   iterator       begin() const { return RegsBegin; }
56   iterator         end() const { return RegsBegin + RegsSize; }
57
58   /// getNumRegs - Return the number of registers in this class.
59   ///
60   unsigned getNumRegs() const { return RegsSize; }
61
62   /// getRegister - Return the specified register in the class.
63   ///
64   unsigned getRegister(unsigned i) const {
65     assert(i < getNumRegs() && "Register number out of range!");
66     return RegsBegin[i];
67   }
68
69   /// contains - Return true if the specified register is included in this
70   /// register class.  This does not include virtual registers.
71   bool contains(unsigned Reg) const {
72     unsigned InByte = Reg % 8;
73     unsigned Byte = Reg / 8;
74     if (Byte >= RegSetSize)
75       return false;
76     return (RegSet[Byte] & (1 << InByte)) != 0;
77   }
78
79   /// contains - Return true if both registers are in this class.
80   bool contains(unsigned Reg1, unsigned Reg2) const {
81     return contains(Reg1) && contains(Reg2);
82   }
83
84   /// getSize - Return the size of the register in bytes, which is also the size
85   /// of a stack slot allocated to hold a spilled copy of this register.
86   unsigned getSize() const { return RegSize; }
87
88   /// getAlignment - Return the minimum required alignment for a register of
89   /// this class.
90   unsigned getAlignment() const { return Alignment; }
91
92   /// getCopyCost - Return the cost of copying a value between two registers in
93   /// this class. A negative number means the register class is very expensive
94   /// to copy e.g. status flag register classes.
95   int getCopyCost() const { return CopyCost; }
96
97   /// isAllocatable - Return true if this register class may be used to create
98   /// virtual registers.
99   bool isAllocatable() const { return Allocatable; }
100 };
101
102 /// MCRegisterDesc - This record contains information about a particular
103 /// register.  The SubRegs field is a zero terminated array of registers that
104 /// are sub-registers of the specific register, e.g. AL, AH are sub-registers
105 /// of AX. The SuperRegs field is a zero terminated array of registers that are
106 /// super-registers of the specific register, e.g. RAX, EAX, are
107 /// super-registers of AX.
108 ///
109 struct MCRegisterDesc {
110   uint32_t Name;      // Printable name for the reg (for debugging)
111   uint32_t SubRegs;   // Sub-register set, described above
112   uint32_t SuperRegs; // Super-register set, described above
113
114   // Offset into MCRI::SubRegIndices of a list of sub-register indices for each
115   // sub-register in SubRegs.
116   uint32_t SubRegIndices;
117
118   // RegUnits - Points to the list of register units. The low 4 bits holds the
119   // Scale, the high bits hold an offset into DiffLists. See MCRegUnitIterator.
120   uint32_t RegUnits;
121 };
122
123 /// MCRegisterInfo base class - We assume that the target defines a static
124 /// array of MCRegisterDesc objects that represent all of the machine
125 /// registers that the target has.  As such, we simply have to track a pointer
126 /// to this array so that we can turn register number into a register
127 /// descriptor.
128 ///
129 /// Note this class is designed to be a base class of TargetRegisterInfo, which
130 /// is the interface used by codegen. However, specific targets *should never*
131 /// specialize this class. MCRegisterInfo should only contain getters to access
132 /// TableGen generated physical register data. It must not be extended with
133 /// virtual methods.
134 ///
135 class MCRegisterInfo {
136 public:
137   typedef const MCRegisterClass *regclass_iterator;
138
139   /// DwarfLLVMRegPair - Emitted by tablegen so Dwarf<->LLVM reg mappings can be
140   /// performed with a binary search.
141   struct DwarfLLVMRegPair {
142     unsigned FromReg;
143     unsigned ToReg;
144
145     bool operator<(DwarfLLVMRegPair RHS) const { return FromReg < RHS.FromReg; }
146   };
147
148   /// SubRegCoveredBits - Emitted by tablegen: bit range covered by a subreg
149   /// index, -1 in any being invalid.
150   struct SubRegCoveredBits {
151     uint16_t Offset;
152     uint16_t Size;
153   };
154 private:
155   const MCRegisterDesc *Desc;                 // Pointer to the descriptor array
156   unsigned NumRegs;                           // Number of entries in the array
157   unsigned RAReg;                             // Return address register
158   unsigned PCReg;                             // Program counter register
159   const MCRegisterClass *Classes;             // Pointer to the regclass array
160   unsigned NumClasses;                        // Number of entries in the array
161   unsigned NumRegUnits;                       // Number of regunits.
162   const MCPhysReg (*RegUnitRoots)[2];         // Pointer to regunit root table.
163   const MCPhysReg *DiffLists;                 // Pointer to the difflists array
164   const char *RegStrings;                     // Pointer to the string table.
165   const uint16_t *SubRegIndices;              // Pointer to the subreg lookup
166                                               // array.
167   const SubRegCoveredBits *SubRegIdxRanges;   // Pointer to the subreg covered
168                                               // bit ranges array.
169   unsigned NumSubRegIndices;                  // Number of subreg indices.
170   const uint16_t *RegEncodingTable;           // Pointer to array of register
171                                               // encodings.
172
173   unsigned L2DwarfRegsSize;
174   unsigned EHL2DwarfRegsSize;
175   unsigned Dwarf2LRegsSize;
176   unsigned EHDwarf2LRegsSize;
177   const DwarfLLVMRegPair *L2DwarfRegs;        // LLVM to Dwarf regs mapping
178   const DwarfLLVMRegPair *EHL2DwarfRegs;      // LLVM to Dwarf regs mapping EH
179   const DwarfLLVMRegPair *Dwarf2LRegs;        // Dwarf to LLVM regs mapping
180   const DwarfLLVMRegPair *EHDwarf2LRegs;      // Dwarf to LLVM regs mapping EH
181   DenseMap<unsigned, int> L2SEHRegs;          // LLVM to SEH regs mapping
182
183 public:
184   /// DiffListIterator - Base iterator class that can traverse the
185   /// differentially encoded register and regunit lists in DiffLists.
186   /// Don't use this class directly, use one of the specialized sub-classes
187   /// defined below.
188   class DiffListIterator {
189     uint16_t Val;
190     const MCPhysReg *List;
191
192   protected:
193     /// Create an invalid iterator. Call init() to point to something useful.
194     DiffListIterator() : Val(0), List(nullptr) {}
195
196     /// init - Point the iterator to InitVal, decoding subsequent values from
197     /// DiffList. The iterator will initially point to InitVal, sub-classes are
198     /// responsible for skipping the seed value if it is not part of the list.
199     void init(MCPhysReg InitVal, const MCPhysReg *DiffList) {
200       Val = InitVal;
201       List = DiffList;
202     }
203
204     /// advance - Move to the next list position, return the applied
205     /// differential. This function does not detect the end of the list, that
206     /// is the caller's responsibility (by checking for a 0 return value).
207     unsigned advance() {
208       assert(isValid() && "Cannot move off the end of the list.");
209       MCPhysReg D = *List++;
210       Val += D;
211       return D;
212     }
213
214   public:
215
216     /// isValid - returns true if this iterator is not yet at the end.
217     bool isValid() const { return List; }
218
219     /// Dereference the iterator to get the value at the current position.
220     unsigned operator*() const { return Val; }
221
222     /// Pre-increment to move to the next position.
223     void operator++() {
224       // The end of the list is encoded as a 0 differential.
225       if (!advance())
226         List = nullptr;
227     }
228   };
229
230   // These iterators are allowed to sub-class DiffListIterator and access
231   // internal list pointers.
232   friend class MCSubRegIterator;
233   friend class MCSuperRegIterator;
234   friend class MCRegUnitIterator;
235   friend class MCRegUnitRootIterator;
236
237   /// \brief Initialize MCRegisterInfo, called by TableGen
238   /// auto-generated routines. *DO NOT USE*.
239   void InitMCRegisterInfo(const MCRegisterDesc *D, unsigned NR, unsigned RA,
240                           unsigned PC,
241                           const MCRegisterClass *C, unsigned NC,
242                           const MCPhysReg (*RURoots)[2],
243                           unsigned NRU,
244                           const MCPhysReg *DL,
245                           const char *Strings,
246                           const uint16_t *SubIndices,
247                           unsigned NumIndices,
248                           const SubRegCoveredBits *SubIdxRanges,
249                           const uint16_t *RET) {
250     Desc = D;
251     NumRegs = NR;
252     RAReg = RA;
253     PCReg = PC;
254     Classes = C;
255     DiffLists = DL;
256     RegStrings = Strings;
257     NumClasses = NC;
258     RegUnitRoots = RURoots;
259     NumRegUnits = NRU;
260     SubRegIndices = SubIndices;
261     NumSubRegIndices = NumIndices;
262     SubRegIdxRanges = SubIdxRanges;
263     RegEncodingTable = RET;
264   }
265
266   /// \brief Used to initialize LLVM register to Dwarf
267   /// register number mapping. Called by TableGen auto-generated routines.
268   /// *DO NOT USE*.
269   void mapLLVMRegsToDwarfRegs(const DwarfLLVMRegPair *Map, unsigned Size,
270                               bool isEH) {
271     if (isEH) {
272       EHL2DwarfRegs = Map;
273       EHL2DwarfRegsSize = Size;
274     } else {
275       L2DwarfRegs = Map;
276       L2DwarfRegsSize = Size;
277     }
278   }
279
280   /// \brief Used to initialize Dwarf register to LLVM
281   /// register number mapping. Called by TableGen auto-generated routines.
282   /// *DO NOT USE*.
283   void mapDwarfRegsToLLVMRegs(const DwarfLLVMRegPair *Map, unsigned Size,
284                               bool isEH) {
285     if (isEH) {
286       EHDwarf2LRegs = Map;
287       EHDwarf2LRegsSize = Size;
288     } else {
289       Dwarf2LRegs = Map;
290       Dwarf2LRegsSize = Size;
291     }
292   }
293
294   /// mapLLVMRegToSEHReg - Used to initialize LLVM register to SEH register
295   /// number mapping. By default the SEH register number is just the same
296   /// as the LLVM register number.
297   /// FIXME: TableGen these numbers. Currently this requires target specific
298   /// initialization code.
299   void mapLLVMRegToSEHReg(unsigned LLVMReg, int SEHReg) {
300     L2SEHRegs[LLVMReg] = SEHReg;
301   }
302
303   /// \brief This method should return the register where the return
304   /// address can be found.
305   unsigned getRARegister() const {
306     return RAReg;
307   }
308
309   /// Return the register which is the program counter.
310   unsigned getProgramCounter() const {
311     return PCReg;
312   }
313
314   const MCRegisterDesc &operator[](unsigned RegNo) const {
315     assert(RegNo < NumRegs &&
316            "Attempting to access record for invalid register number!");
317     return Desc[RegNo];
318   }
319
320   /// \brief Provide a get method, equivalent to [], but more useful with a
321   /// pointer to this object.
322   const MCRegisterDesc &get(unsigned RegNo) const {
323     return operator[](RegNo);
324   }
325
326   /// \brief Returns the physical register number of sub-register "Index"
327   /// for physical register RegNo. Return zero if the sub-register does not
328   /// exist.
329   unsigned getSubReg(unsigned Reg, unsigned Idx) const;
330
331   /// \brief Return a super-register of the specified register
332   /// Reg so its sub-register of index SubIdx is Reg.
333   unsigned getMatchingSuperReg(unsigned Reg, unsigned SubIdx,
334                                const MCRegisterClass *RC) const;
335
336   /// \brief For a given register pair, return the sub-register index
337   /// if the second register is a sub-register of the first. Return zero
338   /// otherwise.
339   unsigned getSubRegIndex(unsigned RegNo, unsigned SubRegNo) const;
340
341   /// \brief Get the size of the bit range covered by a sub-register index.
342   /// If the index isn't continuous, return the sum of the sizes of its parts.
343   /// If the index is used to access subregisters of different sizes, return -1.
344   unsigned getSubRegIdxSize(unsigned Idx) const;
345
346   /// \brief Get the offset of the bit range covered by a sub-register index.
347   /// If an Offset doesn't make sense (the index isn't continuous, or is used to
348   /// access sub-registers at different offsets), return -1.
349   unsigned getSubRegIdxOffset(unsigned Idx) const;
350
351   /// \brief Return the human-readable symbolic target-specific name for the
352   /// specified physical register.
353   const char *getName(unsigned RegNo) const {
354     return RegStrings + get(RegNo).Name;
355   }
356
357   /// \brief Return the number of registers this target has (useful for
358   /// sizing arrays holding per register information)
359   unsigned getNumRegs() const {
360     return NumRegs;
361   }
362
363   /// \brief Return the number of sub-register indices
364   /// understood by the target. Index 0 is reserved for the no-op sub-register,
365   /// while 1 to getNumSubRegIndices() - 1 represent real sub-registers.
366   unsigned getNumSubRegIndices() const {
367     return NumSubRegIndices;
368   }
369
370   /// \brief Return the number of (native) register units in the
371   /// target. Register units are numbered from 0 to getNumRegUnits() - 1. They
372   /// can be accessed through MCRegUnitIterator defined below.
373   unsigned getNumRegUnits() const {
374     return NumRegUnits;
375   }
376
377   /// \brief Map a target register to an equivalent dwarf register
378   /// number.  Returns -1 if there is no equivalent value.  The second
379   /// parameter allows targets to use different numberings for EH info and
380   /// debugging info.
381   int getDwarfRegNum(unsigned RegNum, bool isEH) const;
382
383   /// \brief Map a dwarf register back to a target register.
384   int getLLVMRegNum(unsigned RegNum, bool isEH) const;
385
386   /// \brief Map a target register to an equivalent SEH register
387   /// number.  Returns LLVM register number if there is no equivalent value.
388   int getSEHRegNum(unsigned RegNum) const;
389
390   regclass_iterator regclass_begin() const { return Classes; }
391   regclass_iterator regclass_end() const { return Classes+NumClasses; }
392
393   unsigned getNumRegClasses() const {
394     return (unsigned)(regclass_end()-regclass_begin());
395   }
396
397   /// \brief Returns the register class associated with the enumeration
398   /// value.  See class MCOperandInfo.
399   const MCRegisterClass& getRegClass(unsigned i) const {
400     assert(i < getNumRegClasses() && "Register Class ID out of range");
401     return Classes[i];
402   }
403
404    /// \brief Returns the encoding for RegNo
405   uint16_t getEncodingValue(unsigned RegNo) const {
406     assert(RegNo < NumRegs &&
407            "Attempting to get encoding for invalid register number!");
408     return RegEncodingTable[RegNo];
409   }
410
411   /// \brief Returns true if RegB is a sub-register of RegA.
412   bool isSubRegister(unsigned RegA, unsigned RegB) const {
413     return isSuperRegister(RegB, RegA);
414   }
415
416   /// \brief Returns true if RegB is a super-register of RegA.
417   bool isSuperRegister(unsigned RegA, unsigned RegB) const;
418
419   /// \brief Returns true if RegB is a sub-register of RegA or if RegB == RegA.
420   bool isSubRegisterEq(unsigned RegA, unsigned RegB) const {
421     return isSuperRegisterEq(RegB, RegA);
422   }
423
424   /// \brief Returns true if RegB is a super-register of RegA or if
425   /// RegB == RegA.
426   bool isSuperRegisterEq(unsigned RegA, unsigned RegB) const {
427     return RegA == RegB || isSuperRegister(RegA, RegB);
428   }
429
430 };
431
432 //===----------------------------------------------------------------------===//
433 //                          Register List Iterators
434 //===----------------------------------------------------------------------===//
435
436 // MCRegisterInfo provides lists of super-registers, sub-registers, and
437 // aliasing registers. Use these iterator classes to traverse the lists.
438
439 /// MCSubRegIterator enumerates all sub-registers of Reg.
440 /// If IncludeSelf is set, Reg itself is included in the list.
441 class MCSubRegIterator : public MCRegisterInfo::DiffListIterator {
442 public:
443   MCSubRegIterator(unsigned Reg, const MCRegisterInfo *MCRI,
444                      bool IncludeSelf = false) {
445     init(Reg, MCRI->DiffLists + MCRI->get(Reg).SubRegs);
446     // Initially, the iterator points to Reg itself.
447     if (!IncludeSelf)
448       ++*this;
449   }
450 };
451
452 /// MCSuperRegIterator enumerates all super-registers of Reg.
453 /// If IncludeSelf is set, Reg itself is included in the list.
454 class MCSuperRegIterator : public MCRegisterInfo::DiffListIterator {
455 public:
456   MCSuperRegIterator() {}
457   MCSuperRegIterator(unsigned Reg, const MCRegisterInfo *MCRI,
458                      bool IncludeSelf = false) {
459     init(Reg, MCRI->DiffLists + MCRI->get(Reg).SuperRegs);
460     // Initially, the iterator points to Reg itself.
461     if (!IncludeSelf)
462       ++*this;
463   }
464 };
465
466 // Definition for isSuperRegister. Put it down here since it needs the
467 // iterator defined above in addition to the MCRegisterInfo class itself.
468 inline bool MCRegisterInfo::isSuperRegister(unsigned RegA, unsigned RegB) const{
469   for (MCSuperRegIterator I(RegA, this); I.isValid(); ++I)
470     if (*I == RegB)
471       return true;
472   return false;
473 }
474
475 //===----------------------------------------------------------------------===//
476 //                               Register Units
477 //===----------------------------------------------------------------------===//
478
479 // Register units are used to compute register aliasing. Every register has at
480 // least one register unit, but it can have more. Two registers overlap if and
481 // only if they have a common register unit.
482 //
483 // A target with a complicated sub-register structure will typically have many
484 // fewer register units than actual registers. MCRI::getNumRegUnits() returns
485 // the number of register units in the target.
486
487 // MCRegUnitIterator enumerates a list of register units for Reg. The list is
488 // in ascending numerical order.
489 class MCRegUnitIterator : public MCRegisterInfo::DiffListIterator {
490 public:
491   /// MCRegUnitIterator - Create an iterator that traverses the register units
492   /// in Reg.
493   MCRegUnitIterator() {}
494   MCRegUnitIterator(unsigned Reg, const MCRegisterInfo *MCRI) {
495     assert(Reg && "Null register has no regunits");
496     // Decode the RegUnits MCRegisterDesc field.
497     unsigned RU = MCRI->get(Reg).RegUnits;
498     unsigned Scale = RU & 15;
499     unsigned Offset = RU >> 4;
500
501     // Initialize the iterator to Reg * Scale, and the List pointer to
502     // DiffLists + Offset.
503     init(Reg * Scale, MCRI->DiffLists + Offset);
504
505     // That may not be a valid unit, we need to advance by one to get the real
506     // unit number. The first differential can be 0 which would normally
507     // terminate the list, but since we know every register has at least one
508     // unit, we can allow a 0 differential here.
509     advance();
510   }
511 };
512
513 // Each register unit has one or two root registers. The complete set of
514 // registers containing a register unit is the union of the roots and their
515 // super-registers. All registers aliasing Unit can be visited like this:
516 //
517 //   for (MCRegUnitRootIterator RI(Unit, MCRI); RI.isValid(); ++RI) {
518 //     for (MCSuperRegIterator SI(*RI, MCRI, true); SI.isValid(); ++SI)
519 //       visit(*SI);
520 //    }
521
522 /// MCRegUnitRootIterator enumerates the root registers of a register unit.
523 class MCRegUnitRootIterator {
524   uint16_t Reg0;
525   uint16_t Reg1;
526 public:
527   MCRegUnitRootIterator() : Reg0(0), Reg1(0) {}
528   MCRegUnitRootIterator(unsigned RegUnit, const MCRegisterInfo *MCRI) {
529     assert(RegUnit < MCRI->getNumRegUnits() && "Invalid register unit");
530     Reg0 = MCRI->RegUnitRoots[RegUnit][0];
531     Reg1 = MCRI->RegUnitRoots[RegUnit][1];
532   }
533
534   /// \brief Dereference to get the current root register.
535   unsigned operator*() const {
536     return Reg0;
537   }
538
539   /// \brief Check if the iterator is at the end of the list.
540   bool isValid() const {
541     return Reg0;
542   }
543
544   /// \brief Preincrement to move to the next root register.
545   void operator++() {
546     assert(isValid() && "Cannot move off the end of the list.");
547     Reg0 = Reg1;
548     Reg1 = 0;
549   }
550 };
551
552 /// MCRegAliasIterator enumerates all registers aliasing Reg.  If IncludeSelf is
553 /// set, Reg itself is included in the list.  This iterator does not guarantee
554 /// any ordering or that entries are unique.
555 class MCRegAliasIterator {
556 private:
557   unsigned Reg;
558   const MCRegisterInfo *MCRI;
559   bool IncludeSelf;
560   
561   MCRegUnitIterator RI;
562   MCRegUnitRootIterator RRI;
563   MCSuperRegIterator SI;
564 public:
565   MCRegAliasIterator(unsigned Reg, const MCRegisterInfo *MCRI,
566                      bool IncludeSelf)
567     : Reg(Reg), MCRI(MCRI), IncludeSelf(IncludeSelf) {
568
569     // Initialize the iterators.
570     for (RI = MCRegUnitIterator(Reg, MCRI); RI.isValid(); ++RI) {
571       for (RRI = MCRegUnitRootIterator(*RI, MCRI); RRI.isValid(); ++RRI) {
572         for (SI = MCSuperRegIterator(*RRI, MCRI, true); SI.isValid(); ++SI) {
573           if (!(!IncludeSelf && Reg == *SI))
574             return;
575         }
576       }
577     }
578   }
579
580   bool isValid() const {
581     return RI.isValid();
582   }
583   
584   unsigned operator*() const {
585     assert (SI.isValid() && "Cannot dereference an invalid iterator.");
586     return *SI;
587   }
588
589   void advance() {
590     // Assuming SI is valid.
591     ++SI;
592     if (SI.isValid()) return;
593
594     ++RRI;
595     if (RRI.isValid()) {
596       SI = MCSuperRegIterator(*RRI, MCRI, true);
597       return;
598     }
599
600     ++RI;
601     if (RI.isValid()) {
602       RRI = MCRegUnitRootIterator(*RI, MCRI);
603       SI = MCSuperRegIterator(*RRI, MCRI, true);
604     }
605   }
606
607   void operator++() {
608     assert(isValid() && "Cannot move off the end of the list.");
609     do advance();
610     while (!IncludeSelf && isValid() && *SI == Reg);
611   }
612 };
613
614 } // End llvm namespace
615
616 #endif