Remove forward-declarations for classes that don't exist.
[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 <cassert>
38
39 namespace llvm {
40
41 class Value;
42 class BasicBlock;
43 class Function;
44 class Module;
45 class AnalysisUsage;
46 class PassInfo;
47 class ImmutablePass;
48 class PMStack;
49 class AnalysisResolver;
50 class PMDataManager;
51
52 // AnalysisID - Use the PassInfo to identify a pass...
53 typedef const PassInfo* AnalysisID;
54
55 /// Different types of internal pass managers. External pass managers
56 /// (PassManager and FunctionPassManager) are not represented here.
57 /// Ordering of pass manager types is important here.
58 enum PassManagerType {
59   PMT_Unknown = 0,
60   PMT_ModulePassManager = 1, /// MPPassManager 
61   PMT_CallGraphPassManager,  /// CGPassManager
62   PMT_FunctionPassManager,   /// FPPassManager
63   PMT_LoopPassManager,       /// LPPassManager
64   PMT_BasicBlockPassManager, /// BBPassManager
65   PMT_Last
66 };
67
68 typedef enum PassManagerType PassManagerType;
69
70 //===----------------------------------------------------------------------===//
71 /// Pass interface - Implemented by all 'passes'.  Subclass this if you are an
72 /// interprocedural optimization or you do not fit into any of the more
73 /// constrained passes described below.
74 ///
75 class Pass {
76   AnalysisResolver *Resolver;  // Used to resolve analysis
77   intptr_t PassID;
78
79   // AnalysisImpls - This keeps track of which passes implement the interfaces
80   // that are required by the current pass (to implement getAnalysis()).
81   //
82   std::vector<std::pair<const PassInfo*, Pass*> > AnalysisImpls;
83
84   void operator=(const Pass&);  // DO NOT IMPLEMENT
85   Pass(const Pass &);           // DO NOT IMPLEMENT
86 public:
87   explicit Pass(intptr_t pid) : Resolver(0), PassID(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   /// runPass - Run this pass, returning true if a modification was made to the
104   /// module argument.  This should be implemented by all concrete subclasses.
105   ///
106   virtual bool runPass(Module &M) { return false; }
107   virtual bool runPass(BasicBlock&) { return false; }
108
109   /// print - Print out the internal state of the pass.  This is called by
110   /// Analyze to print out the contents of an analysis.  Otherwise it is not
111   /// necessary to implement this method.  Beware that the module pointer MAY be
112   /// null.  This automatically forwards to a virtual function that does not
113   /// provide the Module* in case the analysis doesn't need it it can just be
114   /// ignored.
115   ///
116   virtual void print(std::ostream &O, const Module *M) const;
117   void print(std::ostream *O, const Module *M) const { if (O) print(*O, M); }
118   void dump() const; // dump - call print(std::cerr, 0);
119
120   /// Each pass is responsible for assigning a pass manager to itself.
121   /// PMS is the stack of available pass manager. 
122   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS, 
123                                  PassManagerType T = PMT_Unknown) {}
124   /// Check if available pass managers are suitable for this pass or not.
125   virtual void preparePassManager(PMStack &PMS) {}
126   
127   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
128   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
129     return PMT_Unknown; 
130   }
131
132   // Access AnalysisResolver
133   inline void setResolver(AnalysisResolver *AR) { Resolver = AR; }
134   inline AnalysisResolver *getResolver() { return Resolver; }
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   // dumpPassStructure - Implement the -debug-passes=PassStructure option
159   virtual void dumpPassStructure(unsigned Offset = 0);
160
161   template<typename AnalysisClass>
162   static const PassInfo *getClassPassInfo() {
163     return lookupPassInfo((intptr_t)&AnalysisClass::ID);
164   }
165
166   // lookupPassInfo - Return the pass info object for the specified pass class,
167   // or null if it is not known.
168   static const PassInfo *lookupPassInfo(intptr_t TI);
169
170   /// getAnalysisToUpdate<AnalysisType>() - This function is used by subclasses
171   /// to get to the analysis information that might be around that needs to be
172   /// updated.  This is different than getAnalysis in that it can fail (ie the
173   /// analysis results haven't been computed), so should only be used if you
174   /// provide the capability to update an analysis that exists.  This method is
175   /// often used by transformation APIs to update analysis results for a pass
176   /// automatically as the transform is performed.
177   ///
178   template<typename AnalysisType>
179   AnalysisType *getAnalysisToUpdate() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
180
181   /// mustPreserveAnalysisID - This method serves the same function as
182   /// getAnalysisToUpdate, but works if you just have an AnalysisID.  This
183   /// obviously cannot give you a properly typed instance of the class if you
184   /// don't have the class name available (use getAnalysisToUpdate if you do),
185   /// but it can tell you if you need to preserve the pass at least.
186   ///
187   bool mustPreserveAnalysisID(const PassInfo *AnalysisID) const;
188
189   /// getAnalysis<AnalysisType>() - This function is used by subclasses to get
190   /// to the analysis information that they claim to use by overriding the
191   /// getAnalysisUsage function.
192   ///
193   template<typename AnalysisType>
194   AnalysisType &getAnalysis() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
195
196   template<typename AnalysisType>
197   AnalysisType &getAnalysis(Function &F); // Defined in PassanalysisSupport.h
198
199   template<typename AnalysisType>
200   AnalysisType &getAnalysisID(const PassInfo *PI) const;
201
202   template<typename AnalysisType>
203   AnalysisType &getAnalysisID(const PassInfo *PI, Function &F);
204 };
205
206 inline std::ostream &operator<<(std::ostream &OS, const Pass &P) {
207   P.print(OS, 0); return OS;
208 }
209
210 //===----------------------------------------------------------------------===//
211 /// ModulePass class - This class is used to implement unstructured
212 /// interprocedural optimizations and analyses.  ModulePasses may do anything
213 /// they want to the program.
214 ///
215 class ModulePass : public Pass {
216 public:
217   /// runOnModule - Virtual method overriden by subclasses to process the module
218   /// being operated on.
219   virtual bool runOnModule(Module &M) = 0;
220
221   virtual bool runPass(Module &M) { return runOnModule(M); }
222   virtual bool runPass(BasicBlock&) { return false; }
223
224   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS, 
225                                  PassManagerType T = PMT_ModulePassManager);
226
227   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
228   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
229     return PMT_ModulePassManager;
230   }
231
232   explicit ModulePass(intptr_t pid) : Pass(pid) {}
233   // Force out-of-line virtual method.
234   virtual ~ModulePass();
235 };
236
237
238 //===----------------------------------------------------------------------===//
239 /// ImmutablePass class - This class is used to provide information that does
240 /// not need to be run.  This is useful for things like target information and
241 /// "basic" versions of AnalysisGroups.
242 ///
243 class ImmutablePass : public ModulePass {
244 public:
245   /// initializePass - This method may be overriden by immutable passes to allow
246   /// them to perform various initialization actions they require.  This is
247   /// primarily because an ImmutablePass can "require" another ImmutablePass,
248   /// and if it does, the overloaded version of initializePass may get access to
249   /// these passes with getAnalysis<>.
250   ///
251   virtual void initializePass() {}
252
253   /// ImmutablePasses are never run.
254   ///
255   virtual bool runOnModule(Module &M) { return false; }
256
257   explicit ImmutablePass(intptr_t pid) : ModulePass(pid) {}
258   // Force out-of-line virtual method.
259   virtual ~ImmutablePass();
260 };
261
262 //===----------------------------------------------------------------------===//
263 /// FunctionPass class - This class is used to implement most global
264 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they meet the
265 /// following constraints:
266 ///
267 ///  1. Optimizations are organized globally, i.e., a function at a time
268 ///  2. Optimizing a function does not cause the addition or removal of any
269 ///     functions in the module
270 ///
271 class FunctionPass : public Pass {
272 public:
273   explicit FunctionPass(intptr_t pid) : Pass(pid) {}
274
275   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
276   /// any necessary per-module initialization.
277   ///
278   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
279
280   /// runOnFunction - Virtual method overriden by subclasses to do the
281   /// per-function processing of the pass.
282   ///
283   virtual bool runOnFunction(Function &F) = 0;
284
285   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
286   /// processing needed after all passes have run.
287   ///
288   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
289
290   /// runOnModule - On a module, we run this pass by initializing,
291   /// ronOnFunction'ing once for every function in the module, then by
292   /// finalizing.
293   ///
294   virtual bool runOnModule(Module &M);
295
296   /// run - On a function, we simply initialize, run the function, then
297   /// finalize.
298   ///
299   bool run(Function &F);
300
301   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS, 
302                                  PassManagerType T = PMT_FunctionPassManager);
303
304   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
305   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
306     return PMT_FunctionPassManager;
307   }
308 };
309
310
311
312 //===----------------------------------------------------------------------===//
313 /// BasicBlockPass class - This class is used to implement most local
314 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they
315 /// meet the following constraints:
316 ///   1. Optimizations are local, operating on either a basic block or
317 ///      instruction at a time.
318 ///   2. Optimizations do not modify the CFG of the contained function, or any
319 ///      other basic block in the function.
320 ///   3. Optimizations conform to all of the constraints of FunctionPasses.
321 ///
322 class BasicBlockPass : public Pass {
323 public:
324   explicit BasicBlockPass(intptr_t pid) : Pass(pid) {}
325
326   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
327   /// any necessary per-module initialization.
328   ///
329   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
330
331   /// doInitialization - Virtual method overridden by BasicBlockPass subclasses
332   /// to do any necessary per-function initialization.
333   ///
334   virtual bool doInitialization(Function &F) { return false; }
335
336   /// runOnBasicBlock - Virtual method overriden by subclasses to do the
337   /// per-basicblock processing of the pass.
338   ///
339   virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock &BB) = 0;
340
341   /// doFinalization - Virtual method overriden by BasicBlockPass subclasses to
342   /// do any post processing needed after all passes have run.
343   ///
344   virtual bool doFinalization(Function &F) { return false; }
345
346   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
347   /// processing needed after all passes have run.
348   ///
349   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
350
351
352   // To run this pass on a function, we simply call runOnBasicBlock once for
353   // each function.
354   //
355   bool runOnFunction(Function &F);
356
357   /// To run directly on the basic block, we initialize, runOnBasicBlock, then
358   /// finalize.
359   ///
360   virtual bool runPass(Module &M) { return false; }
361   virtual bool runPass(BasicBlock &BB);
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