Add PMStack, a Pass Manager stack.
[oota-llvm.git] / include / llvm / Pass.h
1 //===- llvm/Pass.h - Base class for Passes ----------------------*- C++ -*-===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file defines a base class that indicates that a specified class is a
11 // transformation pass implementation.
12 //
13 // Passes are designed this way so that it is possible to run passes in a cache
14 // and organizationally optimal order without having to specify it at the front
15 // end.  This allows arbitrary passes to be strung together and have them
16 // executed as effeciently as possible.
17 //
18 // Passes should extend one of the classes below, depending on the guarantees
19 // that it can make about what will be modified as it is run.  For example, most
20 // global optimizations should derive from FunctionPass, because they do not add
21 // or delete functions, they operate on the internals of the function.
22 //
23 // Note that this file #includes PassSupport.h and PassAnalysisSupport.h (at the
24 // bottom), so the APIs exposed by these files are also automatically available
25 // to all users of this file.
26 //
27 //===----------------------------------------------------------------------===//
28
29 #ifndef LLVM_PASS_H
30 #define LLVM_PASS_H
31
32 #include "llvm/Support/Streams.h"
33 #include <vector>
34 #include <deque>
35 #include <map>
36 #include <iosfwd>
37 #include <typeinfo>
38 #include <cassert>
39
40 namespace llvm {
41
42 class Value;
43 class BasicBlock;
44 class Function;
45 class Module;
46 class AnalysisUsage;
47 class PassInfo;
48 class ImmutablePass;
49 template<class Trait> class PassManagerT;
50 class BasicBlockPassManager;
51 class FunctionPassManagerT;
52 class ModulePassManager;
53 class PMStack;
54 class AnalysisResolver;
55
56 // AnalysisID - Use the PassInfo to identify a pass...
57 typedef const PassInfo* AnalysisID;
58
59 //===----------------------------------------------------------------------===//
60 /// Pass interface - Implemented by all 'passes'.  Subclass this if you are an
61 /// interprocedural optimization or you do not fit into any of the more
62 /// constrained passes described below.
63 ///
64 class Pass {
65   AnalysisResolver *Resolver;  // Used to resolve analysis
66   const PassInfo *PassInfoCache;
67
68   // AnalysisImpls - This keeps track of which passes implement the interfaces
69   // that are required by the current pass (to implement getAnalysis()).
70   //
71   std::vector<std::pair<const PassInfo*, Pass*> > AnalysisImpls;
72
73   void operator=(const Pass&);  // DO NOT IMPLEMENT
74   Pass(const Pass &);           // DO NOT IMPLEMENT
75 public:
76   Pass() : Resolver(0), PassInfoCache(0) {}
77   virtual ~Pass() {} // Destructor is virtual so we can be subclassed
78
79   /// getPassName - Return a nice clean name for a pass.  This usually
80   /// implemented in terms of the name that is registered by one of the
81   /// Registration templates, but can be overloaded directly, and if nothing
82   /// else is available, C++ RTTI will be consulted to get a SOMEWHAT
83   /// intelligible name for the pass.
84   ///
85   virtual const char *getPassName() const;
86
87   /// getPassInfo - Return the PassInfo data structure that corresponds to this
88   /// pass...  If the pass has not been registered, this will return null.
89   ///
90   const PassInfo *getPassInfo() const;
91
92   /// runPass - Run this pass, returning true if a modification was made to the
93   /// module argument.  This should be implemented by all concrete subclasses.
94   ///
95   virtual bool runPass(Module &M) { return false; }
96   virtual bool runPass(BasicBlock&) { return false; }
97
98   /// print - Print out the internal state of the pass.  This is called by
99   /// Analyze to print out the contents of an analysis.  Otherwise it is not
100   /// necessary to implement this method.  Beware that the module pointer MAY be
101   /// null.  This automatically forwards to a virtual function that does not
102   /// provide the Module* in case the analysis doesn't need it it can just be
103   /// ignored.
104   ///
105   virtual void print(std::ostream &O, const Module *M) const;
106   void print(std::ostream *O, const Module *M) const { if (O) print(*O, M); }
107   void dump() const; // dump - call print(std::cerr, 0);
108
109   // Access AnalysisResolver
110   inline void setResolver(AnalysisResolver *AR) { Resolver = AR; }
111   inline AnalysisResolver *getResolver() { return Resolver; }
112
113   /// getAnalysisUsage - This function should be overriden by passes that need
114   /// analysis information to do their job.  If a pass specifies that it uses a
115   /// particular analysis result to this function, it can then use the
116   /// getAnalysis<AnalysisType>() function, below.
117   ///
118   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
119     // By default, no analysis results are used, all are invalidated.
120   }
121
122   /// releaseMemory() - This member can be implemented by a pass if it wants to
123   /// be able to release its memory when it is no longer needed.  The default
124   /// behavior of passes is to hold onto memory for the entire duration of their
125   /// lifetime (which is the entire compile time).  For pipelined passes, this
126   /// is not a big deal because that memory gets recycled every time the pass is
127   /// invoked on another program unit.  For IP passes, it is more important to
128   /// free memory when it is unused.
129   ///
130   /// Optionally implement this function to release pass memory when it is no
131   /// longer used.
132   ///
133   virtual void releaseMemory() {}
134
135   // dumpPassStructure - Implement the -debug-passes=PassStructure option
136   virtual void dumpPassStructure(unsigned Offset = 0);
137
138   template<typename AnalysisClass>
139   static const PassInfo *getClassPassInfo() {
140     return lookupPassInfo(typeid(AnalysisClass));
141   }
142
143   // lookupPassInfo - Return the pass info object for the specified pass class,
144   // or null if it is not known.
145   static const PassInfo *lookupPassInfo(const std::type_info &TI);
146
147   /// getAnalysisToUpdate<AnalysisType>() - This function is used by subclasses
148   /// to get to the analysis information that might be around that needs to be
149   /// updated.  This is different than getAnalysis in that it can fail (ie the
150   /// analysis results haven't been computed), so should only be used if you
151   /// provide the capability to update an analysis that exists.  This method is
152   /// often used by transformation APIs to update analysis results for a pass
153   /// automatically as the transform is performed.
154   ///
155   template<typename AnalysisType>
156   AnalysisType *getAnalysisToUpdate() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
157
158   /// mustPreserveAnalysisID - This method serves the same function as
159   /// getAnalysisToUpdate, but works if you just have an AnalysisID.  This
160   /// obviously cannot give you a properly typed instance of the class if you
161   /// don't have the class name available (use getAnalysisToUpdate if you do),
162   /// but it can tell you if you need to preserve the pass at least.
163   ///
164   bool mustPreserveAnalysisID(const PassInfo *AnalysisID) const;
165
166   /// getAnalysis<AnalysisType>() - This function is used by subclasses to get
167   /// to the analysis information that they claim to use by overriding the
168   /// getAnalysisUsage function.
169   ///
170   template<typename AnalysisType>
171   AnalysisType &getAnalysis() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
172
173   template<typename AnalysisType>
174   AnalysisType &getAnalysisID(const PassInfo *PI) const;
175     
176 private:
177   template<typename Trait> friend class PassManagerT;
178   friend class ModulePassManager;
179   friend class FunctionPassManagerT;
180   friend class BasicBlockPassManager;
181 };
182
183 inline std::ostream &operator<<(std::ostream &OS, const Pass &P) {
184   P.print(OS, 0); return OS;
185 }
186
187 //===----------------------------------------------------------------------===//
188 /// ModulePass class - This class is used to implement unstructured
189 /// interprocedural optimizations and analyses.  ModulePasses may do anything
190 /// they want to the program.
191 ///
192 class ModulePass : public Pass {
193 public:
194   /// runOnModule - Virtual method overriden by subclasses to process the module
195   /// being operated on.
196   virtual bool runOnModule(Module &M) = 0;
197
198   virtual bool runPass(Module &M) { return runOnModule(M); }
199   virtual bool runPass(BasicBlock&) { return false; }
200
201   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS);
202   // Force out-of-line virtual method.
203   virtual ~ModulePass();
204 };
205
206
207 //===----------------------------------------------------------------------===//
208 /// ImmutablePass class - This class is used to provide information that does
209 /// not need to be run.  This is useful for things like target information and
210 /// "basic" versions of AnalysisGroups.
211 ///
212 class ImmutablePass : public ModulePass {
213 public:
214   /// initializePass - This method may be overriden by immutable passes to allow
215   /// them to perform various initialization actions they require.  This is
216   /// primarily because an ImmutablePass can "require" another ImmutablePass,
217   /// and if it does, the overloaded version of initializePass may get access to
218   /// these passes with getAnalysis<>.
219   ///
220   virtual void initializePass() {}
221
222   /// ImmutablePasses are never run.
223   ///
224   virtual bool runOnModule(Module &M) { return false; }
225
226   // Force out-of-line virtual method.
227   virtual ~ImmutablePass();
228 };
229
230 //===----------------------------------------------------------------------===//
231 /// FunctionPass class - This class is used to implement most global
232 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they meet the
233 /// following constraints:
234 ///
235 ///  1. Optimizations are organized globally, i.e., a function at a time
236 ///  2. Optimizing a function does not cause the addition or removal of any
237 ///     functions in the module
238 ///
239 class FunctionPass : public ModulePass {
240 public:
241   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
242   /// any necessary per-module initialization.
243   ///
244   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
245
246   /// runOnFunction - Virtual method overriden by subclasses to do the
247   /// per-function processing of the pass.
248   ///
249   virtual bool runOnFunction(Function &F) = 0;
250
251   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
252   /// processing needed after all passes have run.
253   ///
254   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
255
256   /// runOnModule - On a module, we run this pass by initializing,
257   /// ronOnFunction'ing once for every function in the module, then by
258   /// finalizing.
259   ///
260   virtual bool runOnModule(Module &M);
261
262   /// run - On a function, we simply initialize, run the function, then
263   /// finalize.
264   ///
265   bool run(Function &F);
266
267   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS);
268 };
269
270
271
272 //===----------------------------------------------------------------------===//
273 /// BasicBlockPass class - This class is used to implement most local
274 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they
275 /// meet the following constraints:
276 ///   1. Optimizations are local, operating on either a basic block or
277 ///      instruction at a time.
278 ///   2. Optimizations do not modify the CFG of the contained function, or any
279 ///      other basic block in the function.
280 ///   3. Optimizations conform to all of the constraints of FunctionPasses.
281 ///
282 class BasicBlockPass : public FunctionPass {
283 public:
284   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
285   /// any necessary per-module initialization.
286   ///
287   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
288
289   /// doInitialization - Virtual method overridden by BasicBlockPass subclasses
290   /// to do any necessary per-function initialization.
291   ///
292   virtual bool doInitialization(Function &F) { return false; }
293
294   /// runOnBasicBlock - Virtual method overriden by subclasses to do the
295   /// per-basicblock processing of the pass.
296   ///
297   virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock &BB) = 0;
298
299   /// doFinalization - Virtual method overriden by BasicBlockPass subclasses to
300   /// do any post processing needed after all passes have run.
301   ///
302   virtual bool doFinalization(Function &F) { return false; }
303
304   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
305   /// processing needed after all passes have run.
306   ///
307   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
308
309
310   // To run this pass on a function, we simply call runOnBasicBlock once for
311   // each function.
312   //
313   bool runOnFunction(Function &F);
314
315   /// To run directly on the basic block, we initialize, runOnBasicBlock, then
316   /// finalize.
317   ///
318   virtual bool runPass(Module &M) { return false; }
319   virtual bool runPass(BasicBlock &BB);
320
321   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS);
322 };
323
324 /// PMStack
325 /// Top level pass manager (see PasManager.cpp) maintains active Pass Managers 
326 /// using PMStack. Each Pass implements assignPassManager() to connect itself
327 /// with appropriate manager. assignPassManager() walks PMStack to find
328 /// suitable manager.
329 ///
330 /// PMStack is just a wrapper around standard deque that overrides pop() and
331 /// push() methods.
332 class PMDataManager;
333 class PMStack {
334 public:
335   typedef std::deque<PMDataManager *>::reverse_iterator iterator;
336   iterator begin() { return S.rbegin(); }
337   iterator end() { return S.rend(); }
338
339   void handleLastUserOverflow();
340
341   void pop();
342   inline PMDataManager *top() { return S.back(); }
343   void push(PMDataManager *PM);
344   inline bool empty() { return S.empty(); }
345
346 private:
347   std::deque<PMDataManager *> S;
348 };
349
350
351 /// If the user specifies the -time-passes argument on an LLVM tool command line
352 /// then the value of this boolean will be true, otherwise false.
353 /// @brief This is the storage for the -time-passes option.
354 extern bool TimePassesIsEnabled;
355
356 } // End llvm namespace
357
358 // Include support files that contain important APIs commonly used by Passes,
359 // but that we want to separate out to make it easier to read the header files.
360 //
361 #include "llvm/PassSupport.h"
362 #include "llvm/PassAnalysisSupport.h"
363
364 #endif