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