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 typedef enum PassManagerType PassManagerType;
  70
  71 //===----------------------------------------------------------------------===//
  72 /// Pass interface - Implemented by all 'passes'.  Subclass this if you are an
  73 /// interprocedural optimization or you do not fit into any of the more
  74 /// constrained passes described below.
  75 ///
  76 class Pass {
  77   AnalysisResolver *Resolver;  // Used to resolve analysis
  78   intptr_t PassID;
  79
  80   // AnalysisImpls - This keeps track of which passes implement the interfaces
  81   // that are required by the current pass (to implement getAnalysis()).
  82   //
  83   std::vector<std::pair<const PassInfo*, Pass*> > AnalysisImpls;
  84
  85   void operator=(const Pass&);  // DO NOT IMPLEMENT
  86   Pass(const Pass &);           // DO NOT IMPLEMENT
  87 public:
  88   explicit Pass(intptr_t pid) : Resolver(0), PassID(pid) {}
  89   explicit Pass(const void *pid) : Resolver(0), PassID((intptr_t)pid) {}
  90   virtual ~Pass();
  91
  92   /// getPassName - Return a nice clean name for a pass.  This usually
  93   /// implemented in terms of the name that is registered by one of the
  94   /// Registration templates, but can be overloaded directly, and if nothing
  95   /// else is available, C++ RTTI will be consulted to get a SOMEWHAT
  96   /// intelligible name for the pass.
  97   ///
  98   virtual const char *getPassName() const;
  99
 100   /// getPassInfo - Return the PassInfo data structure that corresponds to this
 101   /// pass...  If the pass has not been registered, this will return null.
 102   ///
 103   const PassInfo *getPassInfo() const;
 104
 105   /// print - Print out the internal state of the pass.  This is called by
 106   /// Analyze to print out the contents of an analysis.  Otherwise it is not
 107   /// necessary to implement this method.  Beware that the module pointer MAY be
 108   /// null.  This automatically forwards to a virtual function that does not
 109   /// provide the Module* in case the analysis doesn't need it it can just be
 110   /// ignored.
 111   ///
 112   virtual void print(std::ostream &O, const Module *M) const;
 113   void print(std::ostream *O, const Module *M) const { if (O) print(*O, M); }
 114   void dump() const; // dump - call print(std::cerr, 0);
 115
 116   /// Each pass is responsible for assigning a pass manager to itself.
 117   /// PMS is the stack of available pass manager.
 118   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS,
 119                                  PassManagerType T = PMT_Unknown) {}
 120   /// Check if available pass managers are suitable for this pass or not.
 121   virtual void preparePassManager(PMStack &PMS) {}
 122
 123   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
 124   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
 125     return PMT_Unknown;
 126   }
 127
 128   // Access AnalysisResolver
 129   inline void setResolver(AnalysisResolver *AR) {
 130     assert (!Resolver && "Resolver is already set");
 131     Resolver = AR;
 132   }
 133   inline AnalysisResolver *getResolver() {
 134     assert (Resolver && "Resolver is not set");
 135     return Resolver;
 136   }
 137
 138   /// getAnalysisUsage - This function should be overriden by passes that need
 139   /// analysis information to do their job.  If a pass specifies that it uses a
 140   /// particular analysis result to this function, it can then use the
 141   /// getAnalysis<AnalysisType>() function, below.
 142   ///
 143   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
 144     // By default, no analysis results are used, all are invalidated.
 145   }
 146
 147   /// releaseMemory() - This member can be implemented by a pass if it wants to
 148   /// be able to release its memory when it is no longer needed.  The default
 149   /// behavior of passes is to hold onto memory for the entire duration of their
 150   /// lifetime (which is the entire compile time).  For pipelined passes, this
 151   /// is not a big deal because that memory gets recycled every time the pass is
 152   /// invoked on another program unit.  For IP passes, it is more important to
 153   /// free memory when it is unused.
 154   ///
 155   /// Optionally implement this function to release pass memory when it is no
 156   /// longer used.
 157   ///
 158   virtual void releaseMemory() {}
 159
 160   /// verifyAnalysis() - This member can be implemented by a analysis pass to
 161   /// check state of analysis information.
 162   virtual void verifyAnalysis() const {}
 163
 164   // dumpPassStructure - Implement the -debug-passes=PassStructure option
 165   virtual void dumpPassStructure(unsigned Offset = 0);
 166
 167   template<typename AnalysisClass>
 168   static const PassInfo *getClassPassInfo() {
 169     return lookupPassInfo(intptr_t(&AnalysisClass::ID));
 170   }
 171
 172   // lookupPassInfo - Return the pass info object for the specified pass class,
 173   // or null if it is not known.
 174   static const PassInfo *lookupPassInfo(intptr_t TI);
 175
 176   /// getAnalysisToUpdate<AnalysisType>() - This function is used by subclasses
 177   /// to get to the analysis information that might be around that needs to be
 178   /// updated.  This is different than getAnalysis in that it can fail (ie the
 179   /// analysis results haven't been computed), so should only be used if you
 180   /// provide the capability to update an analysis that exists.  This method is
 181   /// often used by transformation APIs to update analysis results for a pass
 182   /// automatically as the transform is performed.
 183   ///
 184   template<typename AnalysisType>
 185   AnalysisType *getAnalysisToUpdate() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
 186
 187   /// mustPreserveAnalysisID - This method serves the same function as
 188   /// getAnalysisToUpdate, but works if you just have an AnalysisID.  This
 189   /// obviously cannot give you a properly typed instance of the class if you
 190   /// don't have the class name available (use getAnalysisToUpdate if you do),
 191   /// but it can tell you if you need to preserve the pass at least.
 192   ///
 193   bool mustPreserveAnalysisID(const PassInfo *AnalysisID) const;
 194
 195   /// getAnalysis<AnalysisType>() - This function is used by subclasses to get
 196   /// to the analysis information that they claim to use by overriding the
 197   /// getAnalysisUsage function.
 198   ///
 199   template<typename AnalysisType>
 200   AnalysisType &getAnalysis() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
 201
 202   template<typename AnalysisType>
 203   AnalysisType &getAnalysis(Function &F); // Defined in PassanalysisSupport.h
 204
 205   template<typename AnalysisType>
 206   AnalysisType &getAnalysisID(const PassInfo *PI) const;
 207
 208   template<typename AnalysisType>
 209   AnalysisType &getAnalysisID(const PassInfo *PI, Function &F);
 210 };
 211
 212 inline std::ostream &operator<<(std::ostream &OS, const Pass &P) {
 213   P.print(OS, 0); return OS;
 214 }
 215
 216 //===----------------------------------------------------------------------===//
 217 /// ModulePass class - This class is used to implement unstructured
 218 /// interprocedural optimizations and analyses.  ModulePasses may do anything
 219 /// they want to the program.
 220 ///
 221 class ModulePass : public Pass {
 222 public:
 223   /// runOnModule - Virtual method overriden by subclasses to process the module
 224   /// being operated on.
 225   virtual bool runOnModule(Module &M) = 0;
 226
 227   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS,
 228                                  PassManagerType T = PMT_ModulePassManager);
 229
 230   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
 231   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
 232     return PMT_ModulePassManager;
 233   }
 234
 235   explicit ModulePass(intptr_t pid) : Pass(pid) {}
 236   explicit ModulePass(const void *pid) : Pass(pid) {}
 237   // Force out-of-line virtual method.
 238   virtual ~ModulePass();
 239 };
 240
 241
 242 //===----------------------------------------------------------------------===//
 243 /// ImmutablePass class - This class is used to provide information that does
 244 /// not need to be run.  This is useful for things like target information and
 245 /// "basic" versions of AnalysisGroups.
 246 ///
 247 class ImmutablePass : public ModulePass {
 248 public:
 249   /// initializePass - This method may be overriden by immutable passes to allow
 250   /// them to perform various initialization actions they require.  This is
 251   /// primarily because an ImmutablePass can "require" another ImmutablePass,
 252   /// and if it does, the overloaded version of initializePass may get access to
 253   /// these passes with getAnalysis<>.
 254   ///
 255   virtual void initializePass() {}
 256
 257   /// ImmutablePasses are never run.
 258   ///
 259   bool runOnModule(Module &M) { return false; }
 260
 261   explicit ImmutablePass(intptr_t pid) : ModulePass(pid) {}
 262   explicit ImmutablePass(const void *pid) : ModulePass(pid) {}
 263
 264   // Force out-of-line virtual method.
 265   virtual ~ImmutablePass();
 266 };
 267
 268 //===----------------------------------------------------------------------===//
 269 /// FunctionPass class - This class is used to implement most global
 270 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they meet the
 271 /// following constraints:
 272 ///
 273 ///  1. Optimizations are organized globally, i.e., a function at a time
 274 ///  2. Optimizing a function does not cause the addition or removal of any
 275 ///     functions in the module
 276 ///
 277 class FunctionPass : public Pass {
 278 public:
 279   explicit FunctionPass(intptr_t pid) : Pass(pid) {}
 280   explicit FunctionPass(const void *pid) : Pass(pid) {}
 281
 282   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
 283   /// any necessary per-module initialization.
 284   ///
 285   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
 286
 287   /// runOnFunction - Virtual method overriden by subclasses to do the
 288   /// per-function processing of the pass.
 289   ///
 290   virtual bool runOnFunction(Function &F) = 0;
 291
 292   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
 293   /// processing needed after all passes have run.
 294   ///
 295   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
 296
 297   /// runOnModule - On a module, we run this pass by initializing,
 298   /// ronOnFunction'ing once for every function in the module, then by
 299   /// finalizing.
 300   ///
 301   virtual bool runOnModule(Module &M);
 302
 303   /// run - On a function, we simply initialize, run the function, then
 304   /// finalize.
 305   ///
 306   bool run(Function &F);
 307
 308   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS,
 309                                  PassManagerType T = PMT_FunctionPassManager);
 310
 311   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
 312   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
 313     return PMT_FunctionPassManager;
 314   }
 315 };
 316
 317
 318
 319 //===----------------------------------------------------------------------===//
 320 /// BasicBlockPass class - This class is used to implement most local
 321 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they
 322 /// meet the following constraints:
 323 ///   1. Optimizations are local, operating on either a basic block or
 324 ///      instruction at a time.
 325 ///   2. Optimizations do not modify the CFG of the contained function, or any
 326 ///      other basic block in the function.
 327 ///   3. Optimizations conform to all of the constraints of FunctionPasses.
 328 ///
 329 class BasicBlockPass : public Pass {
 330 public:
 331   explicit BasicBlockPass(intptr_t pid) : Pass(pid) {}
 332   explicit BasicBlockPass(const void *pid) : Pass(pid) {}
 333
 334   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
 335   /// any necessary per-module initialization.
 336   ///
 337   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
 338
 339   /// doInitialization - Virtual method overridden by BasicBlockPass subclasses
 340   /// to do any necessary per-function initialization.
 341   ///
 342   virtual bool doInitialization(Function &F) { return false; }
 343
 344   /// runOnBasicBlock - Virtual method overriden by subclasses to do the
 345   /// per-basicblock processing of the pass.
 346   ///
 347   virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock &BB) = 0;
 348
 349   /// doFinalization - Virtual method overriden by BasicBlockPass subclasses to
 350   /// do any post processing needed after all passes have run.
 351   ///
 352   virtual bool doFinalization(Function &F) { return false; }
 353
 354   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
 355   /// processing needed after all passes have run.
 356   ///
 357   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
 358
 359
 360   // To run this pass on a function, we simply call runOnBasicBlock once for
 361   // each function.
 362   //
 363   bool runOnFunction(Function &F);
 364
 365   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS,
 366                                  PassManagerType T = PMT_BasicBlockPassManager);
 367
 368   ///  Return what kind of Pass Manager can manage this pass.
 369   virtual PassManagerType getPotentialPassManagerType() const {
 370     return PMT_BasicBlockPassManager;
 371   }
 372 };
 373
 374 /// PMStack
 375 /// Top level pass manager (see PasManager.cpp) maintains active Pass Managers
 376 /// using PMStack. Each Pass implements assignPassManager() to connect itself
 377 /// with appropriate manager. assignPassManager() walks PMStack to find
 378 /// suitable manager.
 379 ///
 380 /// PMStack is just a wrapper around standard deque that overrides pop() and
 381 /// push() methods.
 382 class PMStack {
 383 public:
 384   typedef std::deque<PMDataManager *>::reverse_iterator iterator;
 385   iterator begin() { return S.rbegin(); }
 386   iterator end() { return S.rend(); }
 387
 388   void handleLastUserOverflow();
 389
 390   void pop();
 391   inline PMDataManager *top() { return S.back(); }
 392   void push(Pass *P);
 393   inline bool empty() { return S.empty(); }
 394
 395   void dump();
 396 private:
 397   std::deque<PMDataManager *> S;
 398 };
 399
 400
 401 /// If the user specifies the -time-passes argument on an LLVM tool command line
 402 /// then the value of this boolean will be true, otherwise false.
 403 /// @brief This is the storage for the -time-passes option.
 404 extern bool TimePassesIsEnabled;
 405
 406 } // End llvm namespace
 407
 408 // Include support files that contain important APIs commonly used by Passes,
 409 // but that we want to separate out to make it easier to read the header files.
 410 //
 411 #include "llvm/PassSupport.h"
 412 #include "llvm/PassAnalysisSupport.h"
 413
 414 #endif