include/llvm/Pass.h

   1 //===- llvm/Pass.h - Base class for Passes ----------------------*- 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 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/DataTypes.h"
  33 #include "llvm/Support/Streams.h"
  34 #include <vector>
  35 #include <deque>
  36 #include <map>
  37 #include <iosfwd>
  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 class PMStack;
  50 class AnalysisResolver;
  51 class PMDataManager;
  52
  53 // AnalysisID - Use the PassInfo to identify a pass...
  54 typedef const PassInfo* AnalysisID;
  55
  56 /// Different types of internal pass managers. External pass managers
  57 /// (PassManager and FunctionPassManager) are not represented here.
  58 /// Ordering of pass manager types is important here.
  59 enum PassManagerType {
  60   PMT_Unknown = 0,
  61   PMT_ModulePassManager = 1, /// MPPassManager
  62   PMT_CallGraphPassManager,  /// CGPassManager
  63   PMT_FunctionPassManager,   /// FPPassManager
  64   PMT_LoopPassManager,       /// LPPassManager
  65   PMT_BasicBlockPassManager, /// BBPassManager
  66   PMT_Last
  67 };
  68
  69 //===----------------------------------------------------------------------===//
  70 /// Pass interface - Implemented by all 'passes'.  Subclass this if you are an
  71 /// interprocedural optimization or you do not fit into any of the more
  72 /// constrained passes described below.
  73 ///
  74 class Pass {
  75   AnalysisResolver *Resolver;  // Used to resolve analysis
  76   intptr_t PassID;
  77
  78   // AnalysisImpls - This keeps track of which passes implement the interfaces
  79   // that are required by the current pass (to implement getAnalysis()).
  80   //
  81   std::vector<std::pair<const PassInfo*, Pass*> > AnalysisImpls;
  82
  83   void operator=(const Pass&);  // DO NOT IMPLEMENT
  84   Pass(const Pass &);           // DO NOT IMPLEMENT
  85 public:
  86   explicit Pass(intptr_t pid) : Resolver(0), PassID(pid) {}
  87   explicit Pass(const void *pid) : Resolver(0), PassID((intptr_t)pid) {}
  88   virtual ~Pass();
  89
  90   /// getPassName - Return a nice clean name for a pass.  This usually
  91   /// implemented in terms of the name that is registered by one of the
  92   /// Registration templates, but can be overloaded directly, and if nothing
  93   /// else is available, C++ RTTI will be consulted to get a SOMEWHAT
  94   /// intelligible name for the pass.
  95   ///
  96   virtual const char *getPassName() const;
  97
  98   /// getPassInfo - Return the PassInfo data structure that corresponds to this
  99   /// pass...  If the pass has not been registered, this will return null.
 100   ///
 101   const PassInfo *getPassInfo() const;
 102
 103   /// print - Print out the internal state of the pass.  This is called by
 104   /// Analyze to print out the contents of an analysis.  Otherwise it is not
 105   /// necessary to implement this method.  Beware that the module pointer MAY be
 106   /// null.  This automatically forwards to a virtual function that does not
 107   /// provide the Module* in case the analysis doesn't need it it can just be
 108   /// ignored.
 109   ///
 110   virtual void print(std::ostream &O, const Module *M) const;
 111   void print(std::ostream *O, const Module *M) const { if (O) print(*O, M); }
 112   void dump() const; // dump - call print(std::cerr, 0);
 113
 114   /// Each pass is responsible for assigning a pass manager to itself.
 115   /// PMS is the stack of available pass manager.
 116   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS,
 117                                  PassManagerType T = PMT_Unknown) {}
 118   /// Check if available pass managers are suitable for this pass or not.
 119   virtual void preparePassManager(PMStack &PMS) {}
 120
 121   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
 122   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
 123     return PMT_Unknown;
 124   }
 125
 126   // Access AnalysisResolver
 127   inline void setResolver(AnalysisResolver *AR) {
 128     assert (!Resolver && "Resolver is already set");
 129     Resolver = AR;
 130   }
 131   inline AnalysisResolver *getResolver() {
 132     assert (Resolver && "Resolver is not set");
 133     return Resolver;
 134   }
 135
 136   /// getAnalysisUsage - This function should be overriden by passes that need
 137   /// analysis information to do their job.  If a pass specifies that it uses a
 138   /// particular analysis result to this function, it can then use the
 139   /// getAnalysis<AnalysisType>() function, below.
 140   ///
 141   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
 142     // By default, no analysis results are used, all are invalidated.
 143   }
 144
 145   /// releaseMemory() - This member can be implemented by a pass if it wants to
 146   /// be able to release its memory when it is no longer needed.  The default
 147   /// behavior of passes is to hold onto memory for the entire duration of their
 148   /// lifetime (which is the entire compile time).  For pipelined passes, this
 149   /// is not a big deal because that memory gets recycled every time the pass is
 150   /// invoked on another program unit.  For IP passes, it is more important to
 151   /// free memory when it is unused.
 152   ///
 153   /// Optionally implement this function to release pass memory when it is no
 154   /// longer used.
 155   ///
 156   virtual void releaseMemory() {}
 157
 158   /// verifyAnalysis() - This member can be implemented by a analysis pass to
 159   /// check state of analysis information.
 160   virtual void verifyAnalysis() const {}
 161
 162   // dumpPassStructure - Implement the -debug-passes=PassStructure option
 163   virtual void dumpPassStructure(unsigned Offset = 0);
 164
 165   template<typename AnalysisClass>
 166   static const PassInfo *getClassPassInfo() {
 167     return lookupPassInfo(intptr_t(&AnalysisClass::ID));
 168   }
 169
 170   // lookupPassInfo - Return the pass info object for the specified pass class,
 171   // or null if it is not known.
 172   static const PassInfo *lookupPassInfo(intptr_t TI);
 173
 174   /// getAnalysisToUpdate<AnalysisType>() - This function is used by subclasses
 175   /// to get to the analysis information that might be around that needs to be
 176   /// updated.  This is different than getAnalysis in that it can fail (ie the
 177   /// analysis results haven't been computed), so should only be used if you
 178   /// provide the capability to update an analysis that exists.  This method is
 179   /// often used by transformation APIs to update analysis results for a pass
 180   /// automatically as the transform is performed.
 181   ///
 182   template<typename AnalysisType>
 183   AnalysisType *getAnalysisToUpdate() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
 184
 185   /// mustPreserveAnalysisID - This method serves the same function as
 186   /// getAnalysisToUpdate, but works if you just have an AnalysisID.  This
 187   /// obviously cannot give you a properly typed instance of the class if you
 188   /// don't have the class name available (use getAnalysisToUpdate if you do),
 189   /// but it can tell you if you need to preserve the pass at least.
 190   ///
 191   bool mustPreserveAnalysisID(const PassInfo *AnalysisID) const;
 192
 193   /// getAnalysis<AnalysisType>() - This function is used by subclasses to get
 194   /// to the analysis information that they claim to use by overriding the
 195   /// getAnalysisUsage function.
 196   ///
 197   template<typename AnalysisType>
 198   AnalysisType &getAnalysis() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
 199
 200   template<typename AnalysisType>
 201   AnalysisType &getAnalysis(Function &F); // Defined in PassanalysisSupport.h
 202
 203   template<typename AnalysisType>
 204   AnalysisType &getAnalysisID(const PassInfo *PI) const;
 205
 206   template<typename AnalysisType>
 207   AnalysisType &getAnalysisID(const PassInfo *PI, Function &F);
 208 };
 209
 210 inline std::ostream &operator<<(std::ostream &OS, const Pass &P) {
 211   P.print(OS, 0); return OS;
 212 }
 213
 214 //===----------------------------------------------------------------------===//
 215 /// ModulePass class - This class is used to implement unstructured
 216 /// interprocedural optimizations and analyses.  ModulePasses may do anything
 217 /// they want to the program.
 218 ///
 219 class ModulePass : public Pass {
 220 public:
 221   /// runOnModule - Virtual method overriden by subclasses to process the module
 222   /// being operated on.
 223   virtual bool runOnModule(Module &M) = 0;
 224
 225   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS,
 226                                  PassManagerType T = PMT_ModulePassManager);
 227
 228   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
 229   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
 230     return PMT_ModulePassManager;
 231   }
 232
 233   explicit ModulePass(intptr_t pid) : Pass(pid) {}
 234   explicit ModulePass(const void *pid) : Pass(pid) {}
 235   // Force out-of-line virtual method.
 236   virtual ~ModulePass();
 237 };
 238
 239
 240 //===----------------------------------------------------------------------===//
 241 /// ImmutablePass class - This class is used to provide information that does
 242 /// not need to be run.  This is useful for things like target information and
 243 /// "basic" versions of AnalysisGroups.
 244 ///
 245 class ImmutablePass : public ModulePass {
 246 public:
 247   /// initializePass - This method may be overriden by immutable passes to allow
 248   /// them to perform various initialization actions they require.  This is
 249   /// primarily because an ImmutablePass can "require" another ImmutablePass,
 250   /// and if it does, the overloaded version of initializePass may get access to
 251   /// these passes with getAnalysis<>.
 252   ///
 253   virtual void initializePass() {}
 254
 255   /// ImmutablePasses are never run.
 256   ///
 257   bool runOnModule(Module &M) { return false; }
 258
 259   explicit ImmutablePass(intptr_t pid) : ModulePass(pid) {}
 260   explicit ImmutablePass(const void *pid) : ModulePass(pid) {}
 261
 262   // Force out-of-line virtual method.
 263   virtual ~ImmutablePass();
 264 };
 265
 266 //===----------------------------------------------------------------------===//
 267 /// FunctionPass class - This class is used to implement most global
 268 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they meet the
 269 /// following constraints:
 270 ///
 271 ///  1. Optimizations are organized globally, i.e., a function at a time
 272 ///  2. Optimizing a function does not cause the addition or removal of any
 273 ///     functions in the module
 274 ///
 275 class FunctionPass : public Pass {
 276 public:
 277   explicit FunctionPass(intptr_t pid) : Pass(pid) {}
 278   explicit FunctionPass(const void *pid) : Pass(pid) {}
 279
 280   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
 281   /// any necessary per-module initialization.
 282   ///
 283   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
 284
 285   /// runOnFunction - Virtual method overriden by subclasses to do the
 286   /// per-function processing of the pass.
 287   ///
 288   virtual bool runOnFunction(Function &F) = 0;
 289
 290   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
 291   /// processing needed after all passes have run.
 292   ///
 293   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
 294
 295   /// runOnModule - On a module, we run this pass by initializing,
 296   /// ronOnFunction'ing once for every function in the module, then by
 297   /// finalizing.
 298   ///
 299   virtual bool runOnModule(Module &M);
 300
 301   /// run - On a function, we simply initialize, run the function, then
 302   /// finalize.
 303   ///
 304   bool run(Function &F);
 305
 306   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS,
 307                                  PassManagerType T = PMT_FunctionPassManager);
 308
 309   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
 310   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
 311     return PMT_FunctionPassManager;
 312   }
 313 };
 314
 315
 316
 317 //===----------------------------------------------------------------------===//
 318 /// BasicBlockPass class - This class is used to implement most local
 319 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they
 320 /// meet the following constraints:
 321 ///   1. Optimizations are local, operating on either a basic block or
 322 ///      instruction at a time.
 323 ///   2. Optimizations do not modify the CFG of the contained function, or any
 324 ///      other basic block in the function.
 325 ///   3. Optimizations conform to all of the constraints of FunctionPasses.
 326 ///
 327 class BasicBlockPass : public Pass {
 328 public:
 329   explicit BasicBlockPass(intptr_t pid) : Pass(pid) {}
 330   explicit BasicBlockPass(const void *pid) : Pass(pid) {}
 331
 332   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
 333   /// any necessary per-module initialization.
 334   ///
 335   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
 336
 337   /// doInitialization - Virtual method overridden by BasicBlockPass subclasses
 338   /// to do any necessary per-function initialization.
 339   ///
 340   virtual bool doInitialization(Function &F) { return false; }
 341
 342   /// runOnBasicBlock - Virtual method overriden by subclasses to do the
 343   /// per-basicblock processing of the pass.
 344   ///
 345   virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock &BB) = 0;
 346
 347   /// doFinalization - Virtual method overriden by BasicBlockPass subclasses to
 348   /// do any post processing needed after all passes have run.
 349   ///
 350   virtual bool doFinalization(Function &F) { return false; }
 351
 352   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
 353   /// processing needed after all passes have run.
 354   ///
 355   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
 356
 357
 358   // To run this pass on a function, we simply call runOnBasicBlock once for
 359   // each function.
 360   //
 361   bool runOnFunction(Function &F);
 362
 363   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS,
 364                                  PassManagerType T = PMT_BasicBlockPassManager);
 365
 366   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
 367   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
 368     return PMT_BasicBlockPassManager;
 369   }
 370 };
 371
 372 /// PMStack
 373 /// Top level pass manager (see PasManager.cpp) maintains active Pass Managers
 374 /// using PMStack. Each Pass implements assignPassManager() to connect itself
 375 /// with appropriate manager. assignPassManager() walks PMStack to find
 376 /// suitable manager.
 377 ///
 378 /// PMStack is just a wrapper around standard deque that overrides pop() and
 379 /// push() methods.
 380 class PMStack {
 381 public:
 382   typedef std::deque<PMDataManager *>::reverse_iterator iterator;
 383   iterator begin() { return S.rbegin(); }
 384   iterator end() { return S.rend(); }
 385
 386   void handleLastUserOverflow();
 387
 388   void pop();
 389   inline PMDataManager *top() { return S.back(); }
 390   void push(Pass *P);
 391   inline bool empty() { return S.empty(); }
 392
 393   void dump();
 394 private:
 395   std::deque<PMDataManager *> S;
 396 };
 397
 398
 399 /// If the user specifies the -time-passes argument on an LLVM tool command line
 400 /// then the value of this boolean will be true, otherwise false.
 401 /// @brief This is the storage for the -time-passes option.
 402 extern bool TimePassesIsEnabled;
 403
 404 } // End llvm namespace
 405
 406 // Include support files that contain important APIs commonly used by Passes,
 407 // but that we want to separate out to make it easier to read the header files.
 408 //
 409 #include "llvm/PassSupport.h"
 410 #include "llvm/PassAnalysisSupport.h"
 411
 412 #endif