Set up ground work to verify preserved analysis info.
[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) { 
134     assert (!Resolver && "Resolver is already set");
135     Resolver = AR; 
136   }
137   inline AnalysisResolver *getResolver() { 
138     assert (Resolver && "Resolver is not set");
139     return Resolver; 
140   }
141
142   /// getAnalysisUsage - This function should be overriden by passes that need
143   /// analysis information to do their job.  If a pass specifies that it uses a
144   /// particular analysis result to this function, it can then use the
145   /// getAnalysis<AnalysisType>() function, below.
146   ///
147   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
148     // By default, no analysis results are used, all are invalidated.
149   }
150
151   /// releaseMemory() - This member can be implemented by a pass if it wants to
152   /// be able to release its memory when it is no longer needed.  The default
153   /// behavior of passes is to hold onto memory for the entire duration of their
154   /// lifetime (which is the entire compile time).  For pipelined passes, this
155   /// is not a big deal because that memory gets recycled every time the pass is
156   /// invoked on another program unit.  For IP passes, it is more important to
157   /// free memory when it is unused.
158   ///
159   /// Optionally implement this function to release pass memory when it is no
160   /// longer used.
161   ///
162   virtual void releaseMemory() {}
163
164   /// verifyAnalysis() - This member can be implemented by a analysis pass to
165   /// check state of analysis information. 
166   virtual void verifyAnalysis() {}
167
168   // dumpPassStructure - Implement the -debug-passes=PassStructure option
169   virtual void dumpPassStructure(unsigned Offset = 0);
170
171   template<typename AnalysisClass>
172   static const PassInfo *getClassPassInfo() {
173     return lookupPassInfo((intptr_t)&AnalysisClass::ID);
174   }
175
176   // lookupPassInfo - Return the pass info object for the specified pass class,
177   // or null if it is not known.
178   static const PassInfo *lookupPassInfo(intptr_t TI);
179
180   /// getAnalysisToUpdate<AnalysisType>() - This function is used by subclasses
181   /// to get to the analysis information that might be around that needs to be
182   /// updated.  This is different than getAnalysis in that it can fail (ie the
183   /// analysis results haven't been computed), so should only be used if you
184   /// provide the capability to update an analysis that exists.  This method is
185   /// often used by transformation APIs to update analysis results for a pass
186   /// automatically as the transform is performed.
187   ///
188   template<typename AnalysisType>
189   AnalysisType *getAnalysisToUpdate() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
190
191   /// mustPreserveAnalysisID - This method serves the same function as
192   /// getAnalysisToUpdate, but works if you just have an AnalysisID.  This
193   /// obviously cannot give you a properly typed instance of the class if you
194   /// don't have the class name available (use getAnalysisToUpdate if you do),
195   /// but it can tell you if you need to preserve the pass at least.
196   ///
197   bool mustPreserveAnalysisID(const PassInfo *AnalysisID) const;
198
199   /// getAnalysis<AnalysisType>() - This function is used by subclasses to get
200   /// to the analysis information that they claim to use by overriding the
201   /// getAnalysisUsage function.
202   ///
203   template<typename AnalysisType>
204   AnalysisType &getAnalysis() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
205
206   template<typename AnalysisType>
207   AnalysisType &getAnalysis(Function &F); // Defined in PassanalysisSupport.h
208
209   template<typename AnalysisType>
210   AnalysisType &getAnalysisID(const PassInfo *PI) const;
211
212   template<typename AnalysisType>
213   AnalysisType &getAnalysisID(const PassInfo *PI, Function &F);
214 };
215
216 inline std::ostream &operator<<(std::ostream &OS, const Pass &P) {
217   P.print(OS, 0); return OS;
218 }
219
220 //===----------------------------------------------------------------------===//
221 /// ModulePass class - This class is used to implement unstructured
222 /// interprocedural optimizations and analyses.  ModulePasses may do anything
223 /// they want to the program.
224 ///
225 class ModulePass : public Pass {
226 public:
227   /// runOnModule - Virtual method overriden by subclasses to process the module
228   /// being operated on.
229   virtual bool runOnModule(Module &M) = 0;
230
231   virtual bool runPass(Module &M) { return runOnModule(M); }
232   virtual bool runPass(BasicBlock&) { return false; }
233
234   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS, 
235                                  PassManagerType T = PMT_ModulePassManager);
236
237   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
238   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
239     return PMT_ModulePassManager;
240   }
241
242   explicit ModulePass(intptr_t pid) : Pass(pid) {}
243   // Force out-of-line virtual method.
244   virtual ~ModulePass();
245 };
246
247
248 //===----------------------------------------------------------------------===//
249 /// ImmutablePass class - This class is used to provide information that does
250 /// not need to be run.  This is useful for things like target information and
251 /// "basic" versions of AnalysisGroups.
252 ///
253 class ImmutablePass : public ModulePass {
254 public:
255   /// initializePass - This method may be overriden by immutable passes to allow
256   /// them to perform various initialization actions they require.  This is
257   /// primarily because an ImmutablePass can "require" another ImmutablePass,
258   /// and if it does, the overloaded version of initializePass may get access to
259   /// these passes with getAnalysis<>.
260   ///
261   virtual void initializePass() {}
262
263   /// ImmutablePasses are never run.
264   ///
265   virtual bool runOnModule(Module &M) { return false; }
266
267   explicit ImmutablePass(intptr_t pid) : ModulePass(pid) {}
268   // Force out-of-line virtual method.
269   virtual ~ImmutablePass();
270 };
271
272 //===----------------------------------------------------------------------===//
273 /// FunctionPass class - This class is used to implement most global
274 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they meet the
275 /// following constraints:
276 ///
277 ///  1. Optimizations are organized globally, i.e., a function at a time
278 ///  2. Optimizing a function does not cause the addition or removal of any
279 ///     functions in the module
280 ///
281 class FunctionPass : public Pass {
282 public:
283   explicit FunctionPass(intptr_t pid) : Pass(pid) {}
284
285   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
286   /// any necessary per-module initialization.
287   ///
288   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
289
290   /// runOnFunction - Virtual method overriden by subclasses to do the
291   /// per-function processing of the pass.
292   ///
293   virtual bool runOnFunction(Function &F) = 0;
294
295   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
296   /// processing needed after all passes have run.
297   ///
298   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
299
300   /// runOnModule - On a module, we run this pass by initializing,
301   /// ronOnFunction'ing once for every function in the module, then by
302   /// finalizing.
303   ///
304   virtual bool runOnModule(Module &M);
305
306   /// run - On a function, we simply initialize, run the function, then
307   /// finalize.
308   ///
309   bool run(Function &F);
310
311   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS, 
312                                  PassManagerType T = PMT_FunctionPassManager);
313
314   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
315   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
316     return PMT_FunctionPassManager;
317   }
318 };
319
320
321
322 //===----------------------------------------------------------------------===//
323 /// BasicBlockPass class - This class is used to implement most local
324 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they
325 /// meet the following constraints:
326 ///   1. Optimizations are local, operating on either a basic block or
327 ///      instruction at a time.
328 ///   2. Optimizations do not modify the CFG of the contained function, or any
329 ///      other basic block in the function.
330 ///   3. Optimizations conform to all of the constraints of FunctionPasses.
331 ///
332 class BasicBlockPass : public Pass {
333 public:
334   explicit BasicBlockPass(intptr_t pid) : Pass(pid) {}
335
336   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
337   /// any necessary per-module initialization.
338   ///
339   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
340
341   /// doInitialization - Virtual method overridden by BasicBlockPass subclasses
342   /// to do any necessary per-function initialization.
343   ///
344   virtual bool doInitialization(Function &F) { return false; }
345
346   /// runOnBasicBlock - Virtual method overriden by subclasses to do the
347   /// per-basicblock processing of the pass.
348   ///
349   virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock &BB) = 0;
350
351   /// doFinalization - Virtual method overriden by BasicBlockPass subclasses to
352   /// do any post processing needed after all passes have run.
353   ///
354   virtual bool doFinalization(Function &F) { return false; }
355
356   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
357   /// processing needed after all passes have run.
358   ///
359   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
360
361
362   // To run this pass on a function, we simply call runOnBasicBlock once for
363   // each function.
364   //
365   bool runOnFunction(Function &F);
366
367   /// To run directly on the basic block, we initialize, runOnBasicBlock, then
368   /// finalize.
369   ///
370   virtual bool runPass(Module &M) { return false; }
371   virtual bool runPass(BasicBlock &BB);
372
373   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS, 
374                                  PassManagerType T = PMT_BasicBlockPassManager);
375
376   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
377   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
378     return PMT_BasicBlockPassManager; 
379   }
380 };
381
382 /// PMStack
383 /// Top level pass manager (see PasManager.cpp) maintains active Pass Managers 
384 /// using PMStack. Each Pass implements assignPassManager() to connect itself
385 /// with appropriate manager. assignPassManager() walks PMStack to find
386 /// suitable manager.
387 ///
388 /// PMStack is just a wrapper around standard deque that overrides pop() and
389 /// push() methods.
390 class PMStack {
391 public:
392   typedef std::deque<PMDataManager *>::reverse_iterator iterator;
393   iterator begin() { return S.rbegin(); }
394   iterator end() { return S.rend(); }
395
396   void handleLastUserOverflow();
397
398   void pop();
399   inline PMDataManager *top() { return S.back(); }
400   void push(Pass *P);
401   inline bool empty() { return S.empty(); }
402
403   void dump();
404 private:
405   std::deque<PMDataManager *> S;
406 };
407
408
409 /// If the user specifies the -time-passes argument on an LLVM tool command line
410 /// then the value of this boolean will be true, otherwise false.
411 /// @brief This is the storage for the -time-passes option.
412 extern bool TimePassesIsEnabled;
413
414 } // End llvm namespace
415
416 // Include support files that contain important APIs commonly used by Passes,
417 // but that we want to separate out to make it easier to read the header files.
418 //
419 #include "llvm/PassSupport.h"
420 #include "llvm/PassAnalysisSupport.h"
421
422 #endif