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