Add support to tablegen for specifying subregister classes on a per register class...
[oota-llvm.git] / include / llvm / Target / MRegisterInfo.h
1 //===- Target/MRegisterInfo.h - Target Register Information -----*- 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 describes an abstract interface used to get information about a
11 // target machines register file.  This information is used for a variety of
12 // purposed, especially register allocation.
13 //
14 //===----------------------------------------------------------------------===//
15
16 #ifndef LLVM_TARGET_MREGISTERINFO_H
17 #define LLVM_TARGET_MREGISTERINFO_H
18
19 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
20 #include "llvm/CodeGen/ValueTypes.h"
21 #include <cassert>
22 #include <functional>
23
24 namespace llvm {
25
26 class BitVector;
27 class CalleeSavedInfo;
28 class MachineFunction;
29 class MachineInstr;
30 class MachineLocation;
31 class MachineMove;
32 class RegScavenger;
33 class TargetRegisterClass;
34 class Type;
35
36 /// TargetRegisterDesc - This record contains all of the information known about
37 /// a particular register.  The AliasSet field (if not null) contains a pointer
38 /// to a Zero terminated array of registers that this register aliases.  This is
39 /// needed for architectures like X86 which have AL alias AX alias EAX.
40 /// Registers that this does not apply to simply should set this to null.
41 /// The SubRegs field is a zero terminated array of registers that are
42 /// sub-registers of the specific register, e.g. AL, AH are sub-registers of AX.
43 /// The SuperRegs field is a zero terminated array of registers that are
44 /// super-registers of the specific register, e.g. RAX, EAX, are super-registers
45 /// of AX.
46 ///
47 struct TargetRegisterDesc {
48   const char     *Name;         // Assembly language name for the register
49   const unsigned *AliasSet;     // Register Alias Set, described above
50   const unsigned *SubRegs;      // Sub-register set, described above
51   const unsigned *SuperRegs;    // Super-register set, described above
52 };
53
54 class TargetRegisterClass {
55 public:
56   typedef const unsigned* iterator;
57   typedef const unsigned* const_iterator;
58
59   typedef const MVT::ValueType* vt_iterator;
60   typedef const TargetRegisterClass* const * sc_iterator;
61 private:
62   unsigned ID;
63   bool  isSubClass;
64   const vt_iterator VTs;
65   const sc_iterator SubClasses;
66   const sc_iterator SuperClasses;
67   const sc_iterator SubRegClasses;
68   const unsigned RegSize, Alignment;    // Size & Alignment of register in bytes
69   const iterator RegsBegin, RegsEnd;
70 public:
71   TargetRegisterClass(unsigned id,
72                       const MVT::ValueType *vts,
73                       const TargetRegisterClass * const *subcs,
74                       const TargetRegisterClass * const *supcs,
75                       const TargetRegisterClass * const *subregcs,
76                       unsigned RS, unsigned Al, iterator RB, iterator RE)
77     : ID(id), VTs(vts), SubClasses(subcs), SuperClasses(supcs),
78     SubRegClasses(subregcs),
79     RegSize(RS), Alignment(Al), RegsBegin(RB), RegsEnd(RE) {}
80   virtual ~TargetRegisterClass() {}     // Allow subclasses
81   
82   /// getID() - Return the register class ID number.
83   ///
84   unsigned getID() const { return ID; }
85   
86   /// begin/end - Return all of the registers in this class.
87   ///
88   iterator       begin() const { return RegsBegin; }
89   iterator         end() const { return RegsEnd; }
90
91   /// getNumRegs - Return the number of registers in this class.
92   ///
93   unsigned getNumRegs() const { return RegsEnd-RegsBegin; }
94
95   /// getRegister - Return the specified register in the class.
96   ///
97   unsigned getRegister(unsigned i) const {
98     assert(i < getNumRegs() && "Register number out of range!");
99     return RegsBegin[i];
100   }
101
102   /// contains - Return true if the specified register is included in this
103   /// register class.
104   bool contains(unsigned Reg) const {
105     for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I)
106       if (*I == Reg) return true;
107     return false;
108   }
109
110   /// hasType - return true if this TargetRegisterClass has the ValueType vt.
111   ///
112   bool hasType(MVT::ValueType vt) const {
113     for(int i = 0; VTs[i] != MVT::Other; ++i)
114       if (VTs[i] == vt)
115         return true;
116     return false;
117   }
118   
119   /// vt_begin / vt_end - Loop over all of the value types that can be
120   /// represented by values in this register class.
121   vt_iterator vt_begin() const {
122     return VTs;
123   }
124
125   vt_iterator vt_end() const {
126     vt_iterator I = VTs;
127     while (*I != MVT::Other) ++I;
128     return I;
129   }
130
131   /// hasSubRegClass - return true if the specified TargetRegisterClass is a
132   /// sub-register class of this TargetRegisterClass.
133   bool hasSubRegClass(const TargetRegisterClass *cs) const {
134     for (int i = 0; SubClasses[i] != NULL; ++i) 
135       if (SubClasses[i] == cs)
136         return true;
137     return false;
138   }
139
140   /// subclasses_begin / subclasses_end - Loop over all of the sub-classes of
141   /// this register class.
142   sc_iterator subclasses_begin() const {
143     return SubClasses;
144   }
145   
146   sc_iterator subclasses_end() const {
147     sc_iterator I = SubClasses;
148     while (*I != NULL) ++I;
149     return I;
150   }
151   
152   /// hasSuperRegClass - return true if the specified TargetRegisterClass is a
153   /// super-register class of this TargetRegisterClass.
154   bool hasSuperRegClass(const TargetRegisterClass *cs) const {
155     for (int i = 0; SuperClasses[i] != NULL; ++i) 
156       if (SuperClasses[i] == cs)
157         return true;
158     return false;
159   }
160
161   /// superclasses_begin / superclasses_end - Loop over all of the super-classes
162   /// of this register class.
163   sc_iterator superclasses_begin() const {
164     return SuperClasses;
165   }
166   
167   sc_iterator superclasses_end() const {
168     sc_iterator I = SuperClasses;
169     while (*I != NULL) ++I;
170     return I;
171   }
172   
173   /// hasSubRegForClass - return true if the specified TargetRegisterClass is a
174   /// class of a sub-register class for this TargetRegisterClass.
175   bool hasSubRegForClass(const TargetRegisterClass *cs) const {
176     for (int i = 0; SubRegClasses[i] != NULL; ++i) 
177       if (SubRegClasses[i] == cs)
178         return true;
179     return false;
180   }
181
182   /// hasClassForSubReg - return true if the specified TargetRegisterClass is a
183   /// class of a sub-register class for this TargetRegisterClass.
184   bool hasClassForSubReg(unsigned SubReg) const {
185     --SubReg;
186     for (unsigned i = 0; SubRegClasses[i] != NULL; ++i) 
187       if (i == SubReg)
188         return true;
189     return false;
190   }
191
192   /// getClassForSubReg - return theTargetRegisterClass for the sub-register
193   /// at idx for this TargetRegisterClass.
194   sc_iterator getClassForSubReg(unsigned SubReg) const {
195     --SubReg;
196     for (unsigned i = 0; SubRegClasses[i] != NULL; ++i) 
197       if (i == SubReg)
198         return &SubRegClasses[i];
199     return NULL;
200   }
201   
202   /// subregclasses_begin / subregclasses_end - Loop over all of
203   /// the subregister classes of this register class.
204   sc_iterator subregclasses_begin() const {
205     return SubRegClasses;
206   }
207   
208   sc_iterator subregclasses_end() const {
209     sc_iterator I = SubRegClasses;
210     while (*I != NULL) ++I;
211     return I;
212   }
213   
214   /// allocation_order_begin/end - These methods define a range of registers
215   /// which specify the registers in this class that are valid to register
216   /// allocate, and the preferred order to allocate them in.  For example,
217   /// callee saved registers should be at the end of the list, because it is
218   /// cheaper to allocate caller saved registers.
219   ///
220   /// These methods take a MachineFunction argument, which can be used to tune
221   /// the allocatable registers based on the characteristics of the function.
222   /// One simple example is that the frame pointer register can be used if
223   /// frame-pointer-elimination is performed.
224   ///
225   /// By default, these methods return all registers in the class.
226   ///
227   virtual iterator allocation_order_begin(const MachineFunction &MF) const {
228     return begin();
229   }
230   virtual iterator allocation_order_end(const MachineFunction &MF)   const {
231     return end();
232   }
233
234
235
236   /// getSize - Return the size of the register in bytes, which is also the size
237   /// of a stack slot allocated to hold a spilled copy of this register.
238   unsigned getSize() const { return RegSize; }
239
240   /// getAlignment - Return the minimum required alignment for a register of
241   /// this class.
242   unsigned getAlignment() const { return Alignment; }
243 };
244
245
246 /// MRegisterInfo base class - We assume that the target defines a static array
247 /// of TargetRegisterDesc objects that represent all of the machine registers
248 /// that the target has.  As such, we simply have to track a pointer to this
249 /// array so that we can turn register number into a register descriptor.
250 ///
251 class MRegisterInfo {
252 public:
253   typedef const TargetRegisterClass * const * regclass_iterator;
254 private:
255   const TargetRegisterDesc *Desc;             // Pointer to the descriptor array
256   unsigned NumRegs;                           // Number of entries in the array
257
258   regclass_iterator RegClassBegin, RegClassEnd;   // List of regclasses
259
260   int CallFrameSetupOpcode, CallFrameDestroyOpcode;
261 protected:
262   MRegisterInfo(const TargetRegisterDesc *D, unsigned NR,
263                 regclass_iterator RegClassBegin, regclass_iterator RegClassEnd,
264                 int CallFrameSetupOpcode = -1, int CallFrameDestroyOpcode = -1);
265   virtual ~MRegisterInfo();
266 public:
267
268   enum {                        // Define some target independent constants
269     /// NoRegister - This physical register is not a real target register.  It
270     /// is useful as a sentinal.
271     NoRegister = 0,
272
273     /// FirstVirtualRegister - This is the first register number that is
274     /// considered to be a 'virtual' register, which is part of the SSA
275     /// namespace.  This must be the same for all targets, which means that each
276     /// target is limited to 1024 registers.
277     FirstVirtualRegister = 1024
278   };
279
280   /// isPhysicalRegister - Return true if the specified register number is in
281   /// the physical register namespace.
282   static bool isPhysicalRegister(unsigned Reg) {
283     assert(Reg && "this is not a register!");
284     return Reg < FirstVirtualRegister;
285   }
286
287   /// isVirtualRegister - Return true if the specified register number is in
288   /// the virtual register namespace.
289   static bool isVirtualRegister(unsigned Reg) {
290     assert(Reg && "this is not a register!");
291     return Reg >= FirstVirtualRegister;
292   }
293
294   /// getAllocatableSet - Returns a bitset indexed by register number
295   /// indicating if a register is allocatable or not. If a register class is
296   /// specified, returns the subset for the class.
297   BitVector getAllocatableSet(MachineFunction &MF,
298                               const TargetRegisterClass *RC = NULL) const;
299
300   const TargetRegisterDesc &operator[](unsigned RegNo) const {
301     assert(RegNo < NumRegs &&
302            "Attempting to access record for invalid register number!");
303     return Desc[RegNo];
304   }
305
306   /// Provide a get method, equivalent to [], but more useful if we have a
307   /// pointer to this object.
308   ///
309   const TargetRegisterDesc &get(unsigned RegNo) const {
310     return operator[](RegNo);
311   }
312
313   /// getAliasSet - Return the set of registers aliased by the specified
314   /// register, or a null list of there are none.  The list returned is zero
315   /// terminated.
316   ///
317   const unsigned *getAliasSet(unsigned RegNo) const {
318     return get(RegNo).AliasSet;
319   }
320
321   /// getSubRegisters - Return the set of registers that are sub-registers of
322   /// the specified register, or a null list of there are none. The list
323   /// returned is zero terminated.
324   ///
325   const unsigned *getSubRegisters(unsigned RegNo) const {
326     return get(RegNo).SubRegs;
327   }
328
329   /// getSuperRegisters - Return the set of registers that are super-registers
330   /// of the specified register, or a null list of there are none. The list
331   /// returned is zero terminated.
332   ///
333   const unsigned *getSuperRegisters(unsigned RegNo) const {
334     return get(RegNo).SuperRegs;
335   }
336
337   /// getName - Return the symbolic target specific name for the specified
338   /// physical register.
339   const char *getName(unsigned RegNo) const {
340     return get(RegNo).Name;
341   }
342
343   /// getNumRegs - Return the number of registers this target has
344   /// (useful for sizing arrays holding per register information)
345   unsigned getNumRegs() const {
346     return NumRegs;
347   }
348
349   /// areAliases - Returns true if the two registers alias each other,
350   /// false otherwise
351   bool areAliases(unsigned regA, unsigned regB) const {
352     for (const unsigned *Alias = getAliasSet(regA); *Alias; ++Alias)
353       if (*Alias == regB) return true;
354     return false;
355   }
356
357   /// regsOverlap - Returns true if the two registers are equal or alias
358   /// each other. The registers may be virtual register.
359   bool regsOverlap(unsigned regA, unsigned regB) const {
360     if (regA == regB)
361       return true;
362
363     if (isVirtualRegister(regA) || isVirtualRegister(regB))
364       return false;
365     return areAliases(regA, regB);
366   }
367
368   /// isSubRegister - Returns true if regB is a sub-register of regA.
369   ///
370   bool isSubRegister(unsigned regA, unsigned regB) const {
371     for (const unsigned *SR = getSubRegisters(regA); *SR; ++SR)
372       if (*SR == regB) return true;
373     return false;
374   }
375
376   /// isSuperRegister - Returns true if regB is a super-register of regA.
377   ///
378   bool isSuperRegister(unsigned regA, unsigned regB) const {
379     for (const unsigned *SR = getSuperRegisters(regA); *SR; ++SR)
380       if (*SR == regB) return true;
381     return false;
382   }
383
384   /// getCalleeSavedRegs - Return a null-terminated list of all of the
385   /// callee saved registers on this target. The register should be in the
386   /// order of desired callee-save stack frame offset. The first register is
387   /// closed to the incoming stack pointer if stack grows down, and vice versa.
388   virtual const unsigned* getCalleeSavedRegs() const = 0;
389
390   /// getCalleeSavedRegClasses - Return a null-terminated list of the preferred
391   /// register classes to spill each callee saved register with.  The order and
392   /// length of this list match the getCalleeSaveRegs() list.
393   virtual const TargetRegisterClass* const *getCalleeSavedRegClasses() const =0;
394
395   /// getReservedRegs - Returns a bitset indexed by physical register number
396   /// indicating if a register is a special register that has particular uses and
397   /// should be considered unavailable at all times, e.g. SP, RA. This is used by
398   /// register scavenger to determine what registers are free.
399   virtual BitVector getReservedRegs(const MachineFunction &MF) const = 0;
400
401   /// getSubReg - Returns the physical register number of sub-register "Index"
402   /// for physical register RegNo.
403   virtual unsigned getSubReg(unsigned RegNo, unsigned Index) const = 0;
404
405   //===--------------------------------------------------------------------===//
406   // Register Class Information
407   //
408
409   /// Register class iterators
410   ///
411   regclass_iterator regclass_begin() const { return RegClassBegin; }
412   regclass_iterator regclass_end() const { return RegClassEnd; }
413
414   unsigned getNumRegClasses() const {
415     return regclass_end()-regclass_begin();
416   }
417   
418   /// getRegClass - Returns the register class associated with the enumeration
419   /// value.  See class TargetOperandInfo.
420   const TargetRegisterClass *getRegClass(unsigned i) const {
421     assert(i <= getNumRegClasses() && "Register Class ID out of range");
422     return i ? RegClassBegin[i - 1] : NULL;
423   }
424
425   //===--------------------------------------------------------------------===//
426   // Interfaces used by the register allocator and stack frame
427   // manipulation passes to move data around between registers,
428   // immediates and memory.  FIXME: Move these to TargetInstrInfo.h.
429   //
430
431   /// spillCalleeSavedRegisters - Issues instruction(s) to spill all callee saved
432   /// registers and returns true if it isn't possible / profitable to do so by
433   /// issuing a series of store instructions via storeRegToStackSlot(). Returns
434   /// false otherwise.
435   virtual bool spillCalleeSavedRegisters(MachineBasicBlock &MBB,
436                                          MachineBasicBlock::iterator MI,
437                                 const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI) const {
438     return false;
439   }
440
441   /// restoreCalleeSavedRegisters - Issues instruction(s) to restore all callee
442   /// saved registers and returns true if it isn't possible / profitable to do
443   /// so by issuing a series of load instructions via loadRegToStackSlot().
444   /// Returns false otherwise.
445   virtual bool restoreCalleeSavedRegisters(MachineBasicBlock &MBB,
446                                            MachineBasicBlock::iterator MI,
447                                 const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI) const {
448     return false;
449   }
450
451   virtual void storeRegToStackSlot(MachineBasicBlock &MBB,
452                                    MachineBasicBlock::iterator MI,
453                                    unsigned SrcReg, int FrameIndex,
454                                    const TargetRegisterClass *RC) const = 0;
455
456   virtual void loadRegFromStackSlot(MachineBasicBlock &MBB,
457                                     MachineBasicBlock::iterator MI,
458                                     unsigned DestReg, int FrameIndex,
459                                     const TargetRegisterClass *RC) const = 0;
460
461   virtual void copyRegToReg(MachineBasicBlock &MBB,
462                             MachineBasicBlock::iterator MI,
463                             unsigned DestReg, unsigned SrcReg,
464                             const TargetRegisterClass *RC) const = 0;
465
466   /// reMaterialize - Re-issue the specified 'original' instruction at the
467   /// specific location targeting a new destination register.
468   virtual void reMaterialize(MachineBasicBlock &MBB,
469                              MachineBasicBlock::iterator MI,
470                              unsigned DestReg,
471                              const MachineInstr *Orig) const = 0;
472
473   /// foldMemoryOperand - Attempt to fold a load or store of the
474   /// specified stack slot into the specified machine instruction for
475   /// the specified operand.  If this is possible, a new instruction
476   /// is returned with the specified operand folded, otherwise NULL is
477   /// returned. The client is responsible for removing the old
478   /// instruction and adding the new one in the instruction stream
479   virtual MachineInstr* foldMemoryOperand(MachineInstr* MI,
480                                           unsigned OpNum,
481                                           int FrameIndex) const {
482     return 0;
483   }
484
485   /// targetHandlesStackFrameRounding - Returns true if the target is responsible
486   /// for rounding up the stack frame (probably at emitPrologue time).
487   virtual bool targetHandlesStackFrameRounding() const {
488     return false;
489   }
490
491   /// requiresRegisterScavenging - returns true if the target requires (and
492   /// can make use of) the register scavenger.
493   virtual bool requiresRegisterScavenging(const MachineFunction &MF) const {
494     return false;
495   }
496   
497   /// hasFP - Return true if the specified function should have a dedicated frame
498   /// pointer register. For most targets this is true only if the function has
499   /// variable sized allocas or if frame pointer elimination is disabled.
500   virtual bool hasFP(const MachineFunction &MF) const = 0;
501
502   // hasReservedCallFrame - Under normal circumstances, when a frame pointer is
503   // not required, we reserve argument space for call sites in the function
504   // immediately on entry to the current function. This eliminates the need for
505   // add/sub sp brackets around call sites. Returns true if the call frame is
506   // included as part of the stack frame.
507   virtual bool hasReservedCallFrame(MachineFunction &MF) const {
508     return !hasFP(MF);
509   }
510
511   /// getCallFrameSetup/DestroyOpcode - These methods return the opcode of the
512   /// frame setup/destroy instructions if they exist (-1 otherwise).  Some
513   /// targets use pseudo instructions in order to abstract away the difference
514   /// between operating with a frame pointer and operating without, through the
515   /// use of these two instructions.
516   ///
517   int getCallFrameSetupOpcode() const { return CallFrameSetupOpcode; }
518   int getCallFrameDestroyOpcode() const { return CallFrameDestroyOpcode; }
519
520
521   /// eliminateCallFramePseudoInstr - This method is called during prolog/epilog
522   /// code insertion to eliminate call frame setup and destroy pseudo
523   /// instructions (but only if the Target is using them).  It is responsible
524   /// for eliminating these instructions, replacing them with concrete
525   /// instructions.  This method need only be implemented if using call frame
526   /// setup/destroy pseudo instructions.
527   ///
528   virtual void
529   eliminateCallFramePseudoInstr(MachineFunction &MF,
530                                 MachineBasicBlock &MBB,
531                                 MachineBasicBlock::iterator MI) const {
532     assert(getCallFrameSetupOpcode()== -1 && getCallFrameDestroyOpcode()== -1 &&
533            "eliminateCallFramePseudoInstr must be implemented if using"
534            " call frame setup/destroy pseudo instructions!");
535     assert(0 && "Call Frame Pseudo Instructions do not exist on this target!");
536   }
537
538   /// processFunctionBeforeCalleeSavedScan - This method is called immediately
539   /// before PrologEpilogInserter scans the physical registers used to determine
540   /// what callee saved registers should be spilled. This method is optional.
541   virtual void processFunctionBeforeCalleeSavedScan(MachineFunction &MF,
542                                                 RegScavenger *RS = NULL) const {
543
544   }
545
546   /// processFunctionBeforeFrameFinalized - This method is called immediately
547   /// before the specified functions frame layout (MF.getFrameInfo()) is
548   /// finalized.  Once the frame is finalized, MO_FrameIndex operands are
549   /// replaced with direct constants.  This method is optional.
550   ///
551   virtual void processFunctionBeforeFrameFinalized(MachineFunction &MF) const {
552   }
553
554   /// eliminateFrameIndex - This method must be overriden to eliminate abstract
555   /// frame indices from instructions which may use them.  The instruction
556   /// referenced by the iterator contains an MO_FrameIndex operand which must be
557   /// eliminated by this method.  This method may modify or replace the
558   /// specified instruction, as long as it keeps the iterator pointing the the
559   /// finished product. SPAdj is the SP adjustment due to call frame setup
560   /// instruction. The return value is the number of instructions added to
561   /// (negative if removed from) the basic block.
562   ///
563   virtual void eliminateFrameIndex(MachineBasicBlock::iterator MI,
564                                    int SPAdj, RegScavenger *RS=NULL) const = 0;
565
566   /// emitProlog/emitEpilog - These methods insert prolog and epilog code into
567   /// the function. The return value is the number of instructions
568   /// added to (negative if removed from) the basic block (entry for prologue).
569   ///
570   virtual void emitPrologue(MachineFunction &MF) const = 0;
571   virtual void emitEpilogue(MachineFunction &MF,
572                             MachineBasicBlock &MBB) const = 0;
573                             
574   //===--------------------------------------------------------------------===//
575   /// Debug information queries.
576   
577   /// getDwarfRegNum - Map a target register to an equivalent dwarf register
578   /// number.  Returns -1 if there is no equivalent value.
579   virtual int getDwarfRegNum(unsigned RegNum) const = 0;
580
581   /// getFrameRegister - This method should return the register used as a base
582   /// for values allocated in the current stack frame.
583   virtual unsigned getFrameRegister(MachineFunction &MF) const = 0;
584   
585   /// getRARegister - This method should return the register where the return
586   /// address can be found.
587   virtual unsigned getRARegister() const = 0;
588   
589   /// getLocation - This method should return the actual location of a frame
590   /// variable given the frame index.  The location is returned in ML.
591   /// Subclasses should override this method for special handling of frame
592   /// variables and call MRegisterInfo::getLocation for the default action.
593   virtual void getLocation(MachineFunction &MF, unsigned Index,
594                            MachineLocation &ML) const;
595                            
596   /// getInitialFrameState - Returns a list of machine moves that are assumed
597   /// on entry to all functions.  Note that LabelID is ignored (assumed to be
598   /// the beginning of the function.)
599   virtual void getInitialFrameState(std::vector<MachineMove> &Moves) const;
600 };
601
602 // This is useful when building IndexedMaps keyed on virtual registers
603 struct VirtReg2IndexFunctor : std::unary_function<unsigned, unsigned> {
604   unsigned operator()(unsigned Reg) const {
605     return Reg - MRegisterInfo::FirstVirtualRegister;
606   }
607 };
608
609 } // End llvm namespace
610
611 #endif