Add RegionPass support.
[oota-llvm.git] / include / llvm / PassManagers.h
1 //===- llvm/PassManagers.h - Pass Infrastructure classes  -------*- 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 declares the LLVM Pass Manager infrastructure. 
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #ifndef LLVM_PASSMANAGERS_H
15 #define LLVM_PASSMANAGERS_H
16
17 #include "llvm/Pass.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
21 #include <vector>
22 #include <map>
23
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25 // Overview:
26 // The Pass Manager Infrastructure manages passes. It's responsibilities are:
27 // 
28 //   o Manage optimization pass execution order
29 //   o Make required Analysis information available before pass P is run
30 //   o Release memory occupied by dead passes
31 //   o If Analysis information is dirtied by a pass then regenerate Analysis 
32 //     information before it is consumed by another pass.
33 //
34 // Pass Manager Infrastructure uses multiple pass managers.  They are
35 // PassManager, FunctionPassManager, MPPassManager, FPPassManager, BBPassManager.
36 // This class hierarchy uses multiple inheritance but pass managers do not
37 // derive from another pass manager.
38 //
39 // PassManager and FunctionPassManager are two top-level pass manager that
40 // represents the external interface of this entire pass manager infrastucture.
41 //
42 // Important classes :
43 //
44 // [o] class PMTopLevelManager;
45 //
46 // Two top level managers, PassManager and FunctionPassManager, derive from 
47 // PMTopLevelManager. PMTopLevelManager manages information used by top level 
48 // managers such as last user info.
49 //
50 // [o] class PMDataManager;
51 //
52 // PMDataManager manages information, e.g. list of available analysis info, 
53 // used by a pass manager to manage execution order of passes. It also provides
54 // a place to implement common pass manager APIs. All pass managers derive from
55 // PMDataManager.
56 //
57 // [o] class BBPassManager : public FunctionPass, public PMDataManager;
58 //
59 // BBPassManager manages BasicBlockPasses.
60 //
61 // [o] class FunctionPassManager;
62 //
63 // This is a external interface used by JIT to manage FunctionPasses. This
64 // interface relies on FunctionPassManagerImpl to do all the tasks.
65 //
66 // [o] class FunctionPassManagerImpl : public ModulePass, PMDataManager,
67 //                                     public PMTopLevelManager;
68 //
69 // FunctionPassManagerImpl is a top level manager. It manages FPPassManagers
70 //
71 // [o] class FPPassManager : public ModulePass, public PMDataManager;
72 //
73 // FPPassManager manages FunctionPasses and BBPassManagers
74 //
75 // [o] class MPPassManager : public Pass, public PMDataManager;
76 //
77 // MPPassManager manages ModulePasses and FPPassManagers
78 //
79 // [o] class PassManager;
80 //
81 // This is a external interface used by various tools to manages passes. It
82 // relies on PassManagerImpl to do all the tasks.
83 //
84 // [o] class PassManagerImpl : public Pass, public PMDataManager,
85 //                             public PMDTopLevelManager
86 //
87 // PassManagerImpl is a top level pass manager responsible for managing
88 // MPPassManagers.
89 //===----------------------------------------------------------------------===//
90
91 #include "llvm/Support/PrettyStackTrace.h"
92
93 namespace llvm {
94   class Module;
95   class Pass;
96   class StringRef;
97   class Value;
98   class Timer;
99   class PMDataManager;
100
101 // enums for debugging strings
102 enum PassDebuggingString {
103   EXECUTION_MSG, // "Executing Pass '"
104   MODIFICATION_MSG, // "' Made Modification '"
105   FREEING_MSG, // " Freeing Pass '"
106   ON_BASICBLOCK_MSG, // "'  on BasicBlock '" + PassName + "'...\n"
107   ON_FUNCTION_MSG, // "' on Function '" + FunctionName + "'...\n"
108   ON_MODULE_MSG, // "' on Module '" + ModuleName + "'...\n"
109   ON_REGION_MSG, // " 'on Region ...\n'"
110   ON_LOOP_MSG, // " 'on Loop ...\n'"
111   ON_CG_MSG // "' on Call Graph ...\n'"
112 };  
113
114 /// PassManagerPrettyStackEntry - This is used to print informative information
115 /// about what pass is running when/if a stack trace is generated.
116 class PassManagerPrettyStackEntry : public PrettyStackTraceEntry {
117   Pass *P;
118   Value *V;
119   Module *M;
120 public:
121   explicit PassManagerPrettyStackEntry(Pass *p)
122     : P(p), V(0), M(0) {}  // When P is releaseMemory'd.
123   PassManagerPrettyStackEntry(Pass *p, Value &v)
124     : P(p), V(&v), M(0) {} // When P is run on V
125   PassManagerPrettyStackEntry(Pass *p, Module &m)
126     : P(p), V(0), M(&m) {} // When P is run on M
127   
128   /// print - Emit information about this stack frame to OS.
129   virtual void print(raw_ostream &OS) const;
130 };
131   
132   
133 //===----------------------------------------------------------------------===//
134 // PMStack
135 //
136 /// PMStack - This class implements a stack data structure of PMDataManager
137 /// pointers.
138 ///
139 /// Top level pass managers (see PassManager.cpp) maintain active Pass Managers 
140 /// using PMStack. Each Pass implements assignPassManager() to connect itself
141 /// with appropriate manager. assignPassManager() walks PMStack to find
142 /// suitable manager.
143 class PMStack {
144 public:
145   typedef std::vector<PMDataManager *>::const_reverse_iterator iterator;
146   iterator begin() const { return S.rbegin(); }
147   iterator end() const { return S.rend(); }
148
149   void pop();
150   PMDataManager *top() const { return S.back(); }
151   void push(PMDataManager *PM);
152   bool empty() const { return S.empty(); }
153
154   void dump() const;
155
156 private:
157   std::vector<PMDataManager *> S;
158 };
159
160
161 //===----------------------------------------------------------------------===//
162 // PMTopLevelManager
163 //
164 /// PMTopLevelManager manages LastUser info and collects common APIs used by
165 /// top level pass managers.
166 class PMTopLevelManager {
167 protected:
168   explicit PMTopLevelManager(PMDataManager *PMDM);
169
170   virtual unsigned getNumContainedManagers() const {
171     return (unsigned)PassManagers.size();
172   }
173
174   void initializeAllAnalysisInfo();
175
176 private:
177   /// This is implemented by top level pass manager and used by 
178   /// schedulePass() to add analysis info passes that are not available.
179   virtual void addTopLevelPass(Pass  *P) = 0;
180
181 public:
182   /// Schedule pass P for execution. Make sure that passes required by
183   /// P are run before P is run. Update analysis info maintained by
184   /// the manager. Remove dead passes. This is a recursive function.
185   void schedulePass(Pass *P);
186
187   /// Set pass P as the last user of the given analysis passes.
188   void setLastUser(const SmallVectorImpl<Pass *> &AnalysisPasses, Pass *P);
189
190   /// Collect passes whose last user is P
191   void collectLastUses(SmallVectorImpl<Pass *> &LastUses, Pass *P);
192
193   /// Find the pass that implements Analysis AID. Search immutable
194   /// passes and all pass managers. If desired pass is not found
195   /// then return NULL.
196   Pass *findAnalysisPass(AnalysisID AID);
197
198   /// Find analysis usage information for the pass P.
199   AnalysisUsage *findAnalysisUsage(Pass *P);
200
201   virtual ~PMTopLevelManager(); 
202
203   /// Add immutable pass and initialize it.
204   inline void addImmutablePass(ImmutablePass *P) {
205     P->initializePass();
206     ImmutablePasses.push_back(P);
207   }
208
209   inline SmallVectorImpl<ImmutablePass *>& getImmutablePasses() {
210     return ImmutablePasses;
211   }
212
213   void addPassManager(PMDataManager *Manager) {
214     PassManagers.push_back(Manager);
215   }
216
217   // Add Manager into the list of managers that are not directly
218   // maintained by this top level pass manager
219   inline void addIndirectPassManager(PMDataManager *Manager) {
220     IndirectPassManagers.push_back(Manager);
221   }
222
223   // Print passes managed by this top level manager.
224   void dumpPasses() const;
225   void dumpArguments() const;
226
227   // Active Pass Managers
228   PMStack activeStack;
229
230 protected:
231   
232   /// Collection of pass managers
233   SmallVector<PMDataManager *, 8> PassManagers;
234
235 private:
236
237   /// Collection of pass managers that are not directly maintained
238   /// by this pass manager
239   SmallVector<PMDataManager *, 8> IndirectPassManagers;
240
241   // Map to keep track of last user of the analysis pass.
242   // LastUser->second is the last user of Lastuser->first.
243   DenseMap<Pass *, Pass *> LastUser;
244
245   // Map to keep track of passes that are last used by a pass.
246   // This inverse map is initialized at PM->run() based on
247   // LastUser map.
248   DenseMap<Pass *, SmallPtrSet<Pass *, 8> > InversedLastUser;
249
250   /// Immutable passes are managed by top level manager.
251   SmallVector<ImmutablePass *, 8> ImmutablePasses;
252
253   DenseMap<Pass *, AnalysisUsage *> AnUsageMap;
254 };
255
256
257   
258 //===----------------------------------------------------------------------===//
259 // PMDataManager
260
261 /// PMDataManager provides the common place to manage the analysis data
262 /// used by pass managers.
263 class PMDataManager {
264 public:
265
266   explicit PMDataManager(int Depth) : TPM(NULL), Depth(Depth) {
267     initializeAnalysisInfo();
268   }
269
270   virtual ~PMDataManager();
271   
272   virtual Pass *getAsPass() = 0;
273
274   /// Augment AvailableAnalysis by adding analysis made available by pass P.
275   void recordAvailableAnalysis(Pass *P);
276
277   /// verifyPreservedAnalysis -- Verify analysis presreved by pass P.
278   void verifyPreservedAnalysis(Pass *P);
279
280   /// Remove Analysis that is not preserved by the pass
281   void removeNotPreservedAnalysis(Pass *P);
282   
283   /// Remove dead passes used by P.
284   void removeDeadPasses(Pass *P, StringRef Msg, 
285                         enum PassDebuggingString);
286
287   /// Remove P.
288   void freePass(Pass *P, StringRef Msg, 
289                 enum PassDebuggingString);
290
291   /// Add pass P into the PassVector. Update 
292   /// AvailableAnalysis appropriately if ProcessAnalysis is true.
293   void add(Pass *P, bool ProcessAnalysis = true);
294
295   /// Add RequiredPass into list of lower level passes required by pass P.
296   /// RequiredPass is run on the fly by Pass Manager when P requests it
297   /// through getAnalysis interface.
298   virtual void addLowerLevelRequiredPass(Pass *P, Pass *RequiredPass);
299
300   virtual Pass *getOnTheFlyPass(Pass *P, AnalysisID PI, Function &F);
301
302   /// Initialize available analysis information.
303   void initializeAnalysisInfo() { 
304     AvailableAnalysis.clear();
305     for (unsigned i = 0; i < PMT_Last; ++i)
306       InheritedAnalysis[i] = NULL;
307   }
308
309   // Return true if P preserves high level analysis used by other
310   // passes that are managed by this manager.
311   bool preserveHigherLevelAnalysis(Pass *P);
312
313
314   /// Populate RequiredPasses with analysis pass that are required by
315   /// pass P and are available. Populate ReqPassNotAvailable with analysis
316   /// pass that are required by pass P but are not available.
317   void collectRequiredAnalysis(SmallVectorImpl<Pass *> &RequiredPasses,
318                                SmallVectorImpl<AnalysisID> &ReqPassNotAvailable,
319                                Pass *P);
320
321   /// All Required analyses should be available to the pass as it runs!  Here
322   /// we fill in the AnalysisImpls member of the pass so that it can
323   /// successfully use the getAnalysis() method to retrieve the
324   /// implementations it needs.
325   void initializeAnalysisImpl(Pass *P);
326
327   /// Find the pass that implements Analysis AID. If desired pass is not found
328   /// then return NULL.
329   Pass *findAnalysisPass(AnalysisID AID, bool Direction);
330
331   // Access toplevel manager
332   PMTopLevelManager *getTopLevelManager() { return TPM; }
333   void setTopLevelManager(PMTopLevelManager *T) { TPM = T; }
334
335   unsigned getDepth() const { return Depth; }
336
337   // Print routines used by debug-pass
338   void dumpLastUses(Pass *P, unsigned Offset) const;
339   void dumpPassArguments() const;
340   void dumpPassInfo(Pass *P, enum PassDebuggingString S1,
341                     enum PassDebuggingString S2, StringRef Msg);
342   void dumpRequiredSet(const Pass *P) const;
343   void dumpPreservedSet(const Pass *P) const;
344
345   virtual unsigned getNumContainedPasses() const {
346     return (unsigned)PassVector.size();
347   }
348
349   virtual PassManagerType getPassManagerType() const { 
350     assert ( 0 && "Invalid use of getPassManagerType");
351     return PMT_Unknown; 
352   }
353
354   std::map<AnalysisID, Pass*> *getAvailableAnalysis() {
355     return &AvailableAnalysis;
356   }
357
358   // Collect AvailableAnalysis from all the active Pass Managers.
359   void populateInheritedAnalysis(PMStack &PMS) {
360     unsigned Index = 0;
361     for (PMStack::iterator I = PMS.begin(), E = PMS.end();
362          I != E; ++I)
363       InheritedAnalysis[Index++] = (*I)->getAvailableAnalysis();
364   }
365
366 protected:
367
368   // Top level manager.
369   PMTopLevelManager *TPM;
370
371   // Collection of pass that are managed by this manager
372   SmallVector<Pass *, 16> PassVector;
373
374   // Collection of Analysis provided by Parent pass manager and
375   // used by current pass manager. At at time there can not be more
376   // then PMT_Last active pass mangers.
377   std::map<AnalysisID, Pass *> *InheritedAnalysis[PMT_Last];
378
379   
380   /// isPassDebuggingExecutionsOrMore - Return true if -debug-pass=Executions
381   /// or higher is specified.
382   bool isPassDebuggingExecutionsOrMore() const;
383   
384 private:
385   void dumpAnalysisUsage(StringRef Msg, const Pass *P,
386                          const AnalysisUsage::VectorType &Set) const;
387
388   // Set of available Analysis. This information is used while scheduling 
389   // pass. If a pass requires an analysis which is not available then 
390   // the required analysis pass is scheduled to run before the pass itself is
391   // scheduled to run.
392   std::map<AnalysisID, Pass*> AvailableAnalysis;
393
394   // Collection of higher level analysis used by the pass managed by
395   // this manager.
396   SmallVector<Pass *, 8> HigherLevelAnalysis;
397
398   unsigned Depth;
399 };
400
401 //===----------------------------------------------------------------------===//
402 // FPPassManager
403 //
404 /// FPPassManager manages BBPassManagers and FunctionPasses.
405 /// It batches all function passes and basic block pass managers together and 
406 /// sequence them to process one function at a time before processing next 
407 /// function.
408 class FPPassManager : public ModulePass, public PMDataManager {
409 public:
410   static char ID;
411   explicit FPPassManager(int Depth) 
412   : ModulePass(ID), PMDataManager(Depth) { }
413   
414   /// run - Execute all of the passes scheduled for execution.  Keep track of
415   /// whether any of the passes modifies the module, and if so, return true.
416   bool runOnFunction(Function &F);
417   bool runOnModule(Module &M);
418   
419   /// cleanup - After running all passes, clean up pass manager cache.
420   void cleanup();
421
422   /// doInitialization - Run all of the initializers for the function passes.
423   ///
424   bool doInitialization(Module &M);
425   
426   /// doFinalization - Run all of the finalizers for the function passes.
427   ///
428   bool doFinalization(Module &M);
429
430   virtual PMDataManager *getAsPMDataManager() { return this; }
431   virtual Pass *getAsPass() { return this; }
432
433   /// Pass Manager itself does not invalidate any analysis info.
434   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
435     Info.setPreservesAll();
436   }
437
438   // Print passes managed by this manager
439   void dumpPassStructure(unsigned Offset);
440
441   virtual const char *getPassName() const {
442     return "Function Pass Manager";
443   }
444
445   FunctionPass *getContainedPass(unsigned N) {
446     assert ( N < PassVector.size() && "Pass number out of range!");
447     FunctionPass *FP = static_cast<FunctionPass *>(PassVector[N]);
448     return FP;
449   }
450
451   virtual PassManagerType getPassManagerType() const { 
452     return PMT_FunctionPassManager; 
453   }
454 };
455
456 Timer *getPassTimer(Pass *);
457
458 }
459
460 #endif