Don't attribute in file headers anymore. See llvmdev for the
[oota-llvm.git] / include / llvm / Target / TargetInstrInfo.h
1 //===-- llvm/Target/TargetInstrInfo.h - Instruction Info --------*- 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 describes the target machine instructions to the code generator.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #ifndef LLVM_TARGET_TARGETINSTRINFO_H
15 #define LLVM_TARGET_TARGETINSTRINFO_H
16
17 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
18 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
19 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
20 #include <vector>
21 #include <cassert>
22
23 namespace llvm {
24
25 class MachineInstr;
26 class TargetMachine;
27 class TargetRegisterClass;
28 class LiveVariables;
29
30 //---------------------------------------------------------------------------
31 // Data types used to define information about a single machine instruction
32 //---------------------------------------------------------------------------
33
34 typedef short MachineOpCode;
35 typedef unsigned InstrSchedClass;
36
37 //---------------------------------------------------------------------------
38 // struct TargetInstrDescriptor:
39 //  Predefined information about each machine instruction.
40 //  Designed to initialized statically.
41 //
42
43 const unsigned M_BRANCH_FLAG           = 1 << 0;
44 const unsigned M_CALL_FLAG             = 1 << 1;
45 const unsigned M_RET_FLAG              = 1 << 2;
46 const unsigned M_BARRIER_FLAG          = 1 << 3;
47 const unsigned M_DELAY_SLOT_FLAG       = 1 << 4;
48 const unsigned M_LOAD_FLAG             = 1 << 5;
49 const unsigned M_STORE_FLAG            = 1 << 6;
50 const unsigned M_INDIRECT_FLAG         = 1 << 7;
51 const unsigned M_IMPLICIT_DEF_FLAG     = 1 << 8;
52
53 // M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR - This is a 2-address instruction which can be
54 // changed into a 3-address instruction if the first two operands cannot be
55 // assigned to the same register.  The target must implement the
56 // TargetInstrInfo::convertToThreeAddress method for this instruction.
57 const unsigned M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR = 1 << 9;
58
59 // This M_COMMUTABLE - is a 2- or 3-address instruction (of the form X = op Y,
60 // Z), which produces the same result if Y and Z are exchanged.
61 const unsigned M_COMMUTABLE            = 1 << 10;
62
63 // M_TERMINATOR_FLAG - Is this instruction part of the terminator for a basic
64 // block?  Typically this is things like return and branch instructions.
65 // Various passes use this to insert code into the bottom of a basic block, but
66 // before control flow occurs.
67 const unsigned M_TERMINATOR_FLAG       = 1 << 11;
68
69 // M_USES_CUSTOM_DAG_SCHED_INSERTION - Set if this instruction requires custom
70 // insertion support when the DAG scheduler is inserting it into a machine basic
71 // block.
72 const unsigned M_USES_CUSTOM_DAG_SCHED_INSERTION = 1 << 12;
73
74 // M_VARIABLE_OPS - Set if this instruction can have a variable number of extra
75 // operands in addition to the minimum number operands specified.
76 const unsigned M_VARIABLE_OPS          = 1 << 13;
77
78 // M_PREDICABLE - Set if this instruction has a predicate operand that
79 // controls execution. It may be set to 'always'.
80 const unsigned M_PREDICABLE            = 1 << 14;
81
82 // M_REMATERIALIZIBLE - Set if this instruction can be trivally re-materialized
83 // at any time, e.g. constant generation, load from constant pool.
84 const unsigned M_REMATERIALIZIBLE      = 1 << 15;
85
86 // M_NOT_DUPLICABLE - Set if this instruction cannot be safely duplicated.
87 // (e.g. instructions with unique labels attached).
88 const unsigned M_NOT_DUPLICABLE        = 1 << 16;
89
90 // M_HAS_OPTIONAL_DEF - Set if this instruction has an optional definition, e.g.
91 // ARM instructions which can set condition code if 's' bit is set.
92 const unsigned M_HAS_OPTIONAL_DEF      = 1 << 17;
93
94 // M_NEVER_HAS_SIDE_EFFECTS - Set if this instruction has no side effects that
95 // are not captured by any operands of the instruction or other flags, and when
96 // *all* instances of the instruction of that opcode have no side effects.
97 //
98 // Note: This and M_MAY_HAVE_SIDE_EFFECTS are mutually exclusive. You can't set
99 // both! If neither flag is set, then the instruction *always* has side effects.
100 const unsigned M_NEVER_HAS_SIDE_EFFECTS = 1 << 18;
101
102 // M_MAY_HAVE_SIDE_EFFECTS - Set if some instances of this instruction can have
103 // side effects. The virtual method "isReallySideEffectFree" is called to
104 // determine this. Load instructions are an example of where this is useful. In
105 // general, loads always have side effects. However, loads from constant pools
106 // don't. We let the specific back end make this determination.
107 //
108 // Note: This and M_NEVER_HAS_SIDE_EFFECTS are mutually exclusive. You can't set
109 // both! If neither flag is set, then the instruction *always* has side effects.
110 const unsigned M_MAY_HAVE_SIDE_EFFECTS = 1 << 19;
111
112 // Machine operand flags
113 // M_LOOK_UP_PTR_REG_CLASS - Set if this operand is a pointer value and it
114 // requires a callback to look up its register class.
115 const unsigned M_LOOK_UP_PTR_REG_CLASS = 1 << 0;
116
117 /// M_PREDICATE_OPERAND - Set if this is one of the operands that made up of the
118 /// predicate operand that controls an M_PREDICATED instruction.
119 const unsigned M_PREDICATE_OPERAND = 1 << 1;
120
121 /// M_OPTIONAL_DEF_OPERAND - Set if this operand is a optional def.
122 ///
123 const unsigned M_OPTIONAL_DEF_OPERAND = 1 << 2;
124
125 namespace TOI {
126   // Operand constraints: only "tied_to" for now.
127   enum OperandConstraint {
128     TIED_TO = 0  // Must be allocated the same register as.
129   };
130 }
131
132 /// TargetOperandInfo - This holds information about one operand of a machine
133 /// instruction, indicating the register class for register operands, etc.
134 ///
135 class TargetOperandInfo {
136 public:
137   /// RegClass - This specifies the register class enumeration of the operand 
138   /// if the operand is a register.  If not, this contains 0.
139   unsigned short RegClass;
140   unsigned short Flags;
141   /// Lower 16 bits are used to specify which constraints are set. The higher 16
142   /// bits are used to specify the value of constraints (4 bits each).
143   unsigned int Constraints;
144   /// Currently no other information.
145 };
146
147
148 class TargetInstrDescriptor {
149 public:
150   MachineOpCode   Opcode;        // The opcode.
151   unsigned short  numOperands;   // Num of args (may be more if variable_ops).
152   unsigned short  numDefs;       // Num of args that are definitions.
153   const char *    Name;          // Assembly language mnemonic for the opcode.
154   InstrSchedClass schedClass;    // enum  identifying instr sched class
155   unsigned        Flags;         // flags identifying machine instr class
156   unsigned        TSFlags;       // Target Specific Flag values
157   const unsigned *ImplicitUses;  // Registers implicitly read by this instr
158   const unsigned *ImplicitDefs;  // Registers implicitly defined by this instr
159   const TargetOperandInfo *OpInfo; // 'numOperands' entries about operands.
160
161   /// getOperandConstraint - Returns the value of the specific constraint if
162   /// it is set. Returns -1 if it is not set.
163   int getOperandConstraint(unsigned OpNum,
164                            TOI::OperandConstraint Constraint) const {
165     assert((OpNum < numOperands || (Flags & M_VARIABLE_OPS)) &&
166            "Invalid operand # of TargetInstrInfo");
167     if (OpNum < numOperands &&
168         (OpInfo[OpNum].Constraints & (1 << Constraint))) {
169       unsigned Pos = 16 + Constraint * 4;
170       return (int)(OpInfo[OpNum].Constraints >> Pos) & 0xf;
171     }
172     return -1;
173   }
174
175   /// findTiedToSrcOperand - Returns the operand that is tied to the specified
176   /// dest operand. Returns -1 if there isn't one.
177   int findTiedToSrcOperand(unsigned OpNum) const;
178 };
179
180
181 //---------------------------------------------------------------------------
182 ///
183 /// TargetInstrInfo - Interface to description of machine instructions
184 ///
185 class TargetInstrInfo {
186   const TargetInstrDescriptor* desc;    // raw array to allow static init'n
187   unsigned NumOpcodes;                  // number of entries in the desc array
188   unsigned numRealOpCodes;              // number of non-dummy op codes
189
190   TargetInstrInfo(const TargetInstrInfo &);  // DO NOT IMPLEMENT
191   void operator=(const TargetInstrInfo &);   // DO NOT IMPLEMENT
192 public:
193   TargetInstrInfo(const TargetInstrDescriptor *desc, unsigned NumOpcodes);
194   virtual ~TargetInstrInfo();
195
196   // Invariant opcodes: All instruction sets have these as their low opcodes.
197   enum { 
198     PHI = 0,
199     INLINEASM = 1,
200     LABEL = 2,
201     EXTRACT_SUBREG = 3,
202     INSERT_SUBREG = 4
203   };
204
205   unsigned getNumOpcodes() const { return NumOpcodes; }
206
207   /// get - Return the machine instruction descriptor that corresponds to the
208   /// specified instruction opcode.
209   ///
210   const TargetInstrDescriptor& get(MachineOpCode Opcode) const {
211     assert((unsigned)Opcode < NumOpcodes);
212     return desc[Opcode];
213   }
214
215   const char *getName(MachineOpCode Opcode) const {
216     return get(Opcode).Name;
217   }
218
219   int getNumOperands(MachineOpCode Opcode) const {
220     return get(Opcode).numOperands;
221   }
222
223   int getNumDefs(MachineOpCode Opcode) const {
224     return get(Opcode).numDefs;
225   }
226
227   InstrSchedClass getSchedClass(MachineOpCode Opcode) const {
228     return get(Opcode).schedClass;
229   }
230
231   const unsigned *getImplicitUses(MachineOpCode Opcode) const {
232     return get(Opcode).ImplicitUses;
233   }
234
235   const unsigned *getImplicitDefs(MachineOpCode Opcode) const {
236     return get(Opcode).ImplicitDefs;
237   }
238
239
240   //
241   // Query instruction class flags according to the machine-independent
242   // flags listed above.
243   //
244   bool isReturn(MachineOpCode Opcode) const {
245     return get(Opcode).Flags & M_RET_FLAG;
246   }
247
248   bool isCommutableInstr(MachineOpCode Opcode) const {
249     return get(Opcode).Flags & M_COMMUTABLE;
250   }
251   bool isTerminatorInstr(MachineOpCode Opcode) const {
252     return get(Opcode).Flags & M_TERMINATOR_FLAG;
253   }
254   
255   bool isBranch(MachineOpCode Opcode) const {
256     return get(Opcode).Flags & M_BRANCH_FLAG;
257   }
258   
259   bool isIndirectBranch(MachineOpCode Opcode) const {
260     return get(Opcode).Flags & M_INDIRECT_FLAG;
261   }
262   
263   /// isBarrier - Returns true if the specified instruction stops control flow
264   /// from executing the instruction immediately following it.  Examples include
265   /// unconditional branches and return instructions.
266   bool isBarrier(MachineOpCode Opcode) const {
267     return get(Opcode).Flags & M_BARRIER_FLAG;
268   }
269   
270   bool isCall(MachineOpCode Opcode) const {
271     return get(Opcode).Flags & M_CALL_FLAG;
272   }
273   bool isLoad(MachineOpCode Opcode) const {
274     return get(Opcode).Flags & M_LOAD_FLAG;
275   }
276   bool isStore(MachineOpCode Opcode) const {
277     return get(Opcode).Flags & M_STORE_FLAG;
278   }
279   
280   /// hasDelaySlot - Returns true if the specified instruction has a delay slot
281   /// which must be filled by the code generator.
282   bool hasDelaySlot(MachineOpCode Opcode) const {
283     return get(Opcode).Flags & M_DELAY_SLOT_FLAG;
284   }
285   
286   /// usesCustomDAGSchedInsertionHook - Return true if this instruction requires
287   /// custom insertion support when the DAG scheduler is inserting it into a
288   /// machine basic block.
289   bool usesCustomDAGSchedInsertionHook(MachineOpCode Opcode) const {
290     return get(Opcode).Flags & M_USES_CUSTOM_DAG_SCHED_INSERTION;
291   }
292
293   bool hasVariableOperands(MachineOpCode Opcode) const {
294     return get(Opcode).Flags & M_VARIABLE_OPS;
295   }
296
297   bool isPredicable(MachineOpCode Opcode) const {
298     return get(Opcode).Flags & M_PREDICABLE;
299   }
300
301   bool isNotDuplicable(MachineOpCode Opcode) const {
302     return get(Opcode).Flags & M_NOT_DUPLICABLE;
303   }
304
305   bool hasOptionalDef(MachineOpCode Opcode) const {
306     return get(Opcode).Flags & M_HAS_OPTIONAL_DEF;
307   }
308
309   /// isTriviallyReMaterializable - Return true if the instruction is trivially
310   /// rematerializable, meaning it has no side effects and requires no operands
311   /// that aren't always available.
312   bool isTriviallyReMaterializable(MachineInstr *MI) const {
313     return (MI->getInstrDescriptor()->Flags & M_REMATERIALIZIBLE) &&
314            isReallyTriviallyReMaterializable(MI);
315   }
316
317   /// hasUnmodelledSideEffects - Returns true if the instruction has side
318   /// effects that are not captured by any operands of the instruction or other
319   /// flags.
320   bool hasUnmodelledSideEffects(MachineInstr *MI) const {
321     const TargetInstrDescriptor *TID = MI->getInstrDescriptor();
322     if (!(TID->Flags & M_NEVER_HAS_SIDE_EFFECTS ||
323           TID->Flags & M_MAY_HAVE_SIDE_EFFECTS)) return true;
324     if (TID->Flags & M_NEVER_HAS_SIDE_EFFECTS) return false;
325     return !isReallySideEffectFree(MI); // May have side effects
326   }
327 protected:
328   /// isReallyTriviallyReMaterializable - For instructions with opcodes for
329   /// which the M_REMATERIALIZABLE flag is set, this function tests whether the
330   /// instruction itself is actually trivially rematerializable, considering
331   /// its operands.  This is used for targets that have instructions that are
332   /// only trivially rematerializable for specific uses.  This predicate must
333   /// return false if the instruction has any side effects other than
334   /// producing a value, or if it requres any address registers that are not
335   /// always available.
336   virtual bool isReallyTriviallyReMaterializable(MachineInstr *MI) const {
337     return true;
338   }
339
340   /// isReallySideEffectFree - If the M_MAY_HAVE_SIDE_EFFECTS flag is set, this
341   /// method is called to determine if the specific instance of this
342   /// instruction has side effects. This is useful in cases of instructions,
343   /// like loads, which generally always have side effects. A load from a
344   /// constant pool doesn't have side effects, though. So we need to
345   /// differentiate it from the general case.
346   virtual bool isReallySideEffectFree(MachineInstr *MI) const {
347     return false;
348   }
349 public:
350   /// getOperandConstraint - Returns the value of the specific constraint if
351   /// it is set. Returns -1 if it is not set.
352   int getOperandConstraint(MachineOpCode Opcode, unsigned OpNum,
353                            TOI::OperandConstraint Constraint) const {
354     return get(Opcode).getOperandConstraint(OpNum, Constraint);
355   }
356
357   /// Return true if the instruction is a register to register move
358   /// and leave the source and dest operands in the passed parameters.
359   virtual bool isMoveInstr(const MachineInstr& MI,
360                            unsigned& sourceReg,
361                            unsigned& destReg) const {
362     return false;
363   }
364   
365   /// isLoadFromStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
366   /// load from a stack slot, return the virtual or physical register number of
367   /// the destination along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
368   /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
369   /// any side effects other than loading from the stack slot.
370   virtual unsigned isLoadFromStackSlot(MachineInstr *MI, int &FrameIndex) const{
371     return 0;
372   }
373   
374   /// isStoreToStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
375   /// store to a stack slot, return the virtual or physical register number of
376   /// the source reg along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
377   /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
378   /// any side effects other than storing to the stack slot.
379   virtual unsigned isStoreToStackSlot(MachineInstr *MI, int &FrameIndex) const {
380     return 0;
381   }
382
383   /// convertToThreeAddress - This method must be implemented by targets that
384   /// set the M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR flag.  When this flag is set, the target
385   /// may be able to convert a two-address instruction into one or more true
386   /// three-address instructions on demand.  This allows the X86 target (for
387   /// example) to convert ADD and SHL instructions into LEA instructions if they
388   /// would require register copies due to two-addressness.
389   ///
390   /// This method returns a null pointer if the transformation cannot be
391   /// performed, otherwise it returns the last new instruction.
392   ///
393   virtual MachineInstr *
394   convertToThreeAddress(MachineFunction::iterator &MFI,
395                    MachineBasicBlock::iterator &MBBI, LiveVariables &LV) const {
396     return 0;
397   }
398
399   /// commuteInstruction - If a target has any instructions that are commutable,
400   /// but require converting to a different instruction or making non-trivial
401   /// changes to commute them, this method can overloaded to do this.  The
402   /// default implementation of this method simply swaps the first two operands
403   /// of MI and returns it.
404   ///
405   /// If a target wants to make more aggressive changes, they can construct and
406   /// return a new machine instruction.  If an instruction cannot commute, it
407   /// can also return null.
408   ///
409   virtual MachineInstr *commuteInstruction(MachineInstr *MI) const;
410
411   /// AnalyzeBranch - Analyze the branching code at the end of MBB, returning
412   /// true if it cannot be understood (e.g. it's a switch dispatch or isn't
413   /// implemented for a target).  Upon success, this returns false and returns
414   /// with the following information in various cases:
415   ///
416   /// 1. If this block ends with no branches (it just falls through to its succ)
417   ///    just return false, leaving TBB/FBB null.
418   /// 2. If this block ends with only an unconditional branch, it sets TBB to be
419   ///    the destination block.
420   /// 3. If this block ends with an conditional branch and it falls through to
421   ///    an successor block, it sets TBB to be the branch destination block and a
422   ///    list of operands that evaluate the condition. These
423   ///    operands can be passed to other TargetInstrInfo methods to create new
424   ///    branches.
425   /// 4. If this block ends with an conditional branch and an unconditional
426   ///    block, it returns the 'true' destination in TBB, the 'false' destination
427   ///    in FBB, and a list of operands that evaluate the condition. These
428   ///    operands can be passed to other TargetInstrInfo methods to create new
429   ///    branches.
430   ///
431   /// Note that RemoveBranch and InsertBranch must be implemented to support
432   /// cases where this method returns success.
433   ///
434   virtual bool AnalyzeBranch(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock *&TBB,
435                              MachineBasicBlock *&FBB,
436                              std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
437     return true;
438   }
439   
440   /// RemoveBranch - Remove the branching code at the end of the specific MBB.
441   /// this is only invoked in cases where AnalyzeBranch returns success. It
442   /// returns the number of instructions that were removed.
443   virtual unsigned RemoveBranch(MachineBasicBlock &MBB) const {
444     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::RemoveBranch!"); 
445     return 0;
446   }
447   
448   /// InsertBranch - Insert a branch into the end of the specified
449   /// MachineBasicBlock.  This operands to this method are the same as those
450   /// returned by AnalyzeBranch.  This is invoked in cases where AnalyzeBranch
451   /// returns success and when an unconditional branch (TBB is non-null, FBB is
452   /// null, Cond is empty) needs to be inserted. It returns the number of
453   /// instructions inserted.
454   virtual unsigned InsertBranch(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock *TBB,
455                             MachineBasicBlock *FBB,
456                             const std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
457     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::InsertBranch!"); 
458     return 0;
459   }
460   
461   /// BlockHasNoFallThrough - Return true if the specified block does not
462   /// fall-through into its successor block.  This is primarily used when a
463   /// branch is unanalyzable.  It is useful for things like unconditional
464   /// indirect branches (jump tables).
465   virtual bool BlockHasNoFallThrough(MachineBasicBlock &MBB) const {
466     return false;
467   }
468   
469   /// ReverseBranchCondition - Reverses the branch condition of the specified
470   /// condition list, returning false on success and true if it cannot be
471   /// reversed.
472   virtual bool ReverseBranchCondition(std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
473     return true;
474   }
475   
476   /// insertNoop - Insert a noop into the instruction stream at the specified
477   /// point.
478   virtual void insertNoop(MachineBasicBlock &MBB, 
479                           MachineBasicBlock::iterator MI) const {
480     assert(0 && "Target didn't implement insertNoop!");
481     abort();
482   }
483
484   /// isPredicated - Returns true if the instruction is already predicated.
485   ///
486   virtual bool isPredicated(const MachineInstr *MI) const {
487     return false;
488   }
489
490   /// isUnpredicatedTerminator - Returns true if the instruction is a
491   /// terminator instruction that has not been predicated.
492   virtual bool isUnpredicatedTerminator(const MachineInstr *MI) const;
493
494   /// PredicateInstruction - Convert the instruction into a predicated
495   /// instruction. It returns true if the operation was successful.
496   virtual
497   bool PredicateInstruction(MachineInstr *MI,
498                             const std::vector<MachineOperand> &Pred) const;
499
500   /// SubsumesPredicate - Returns true if the first specified predicate
501   /// subsumes the second, e.g. GE subsumes GT.
502   virtual
503   bool SubsumesPredicate(const std::vector<MachineOperand> &Pred1,
504                          const std::vector<MachineOperand> &Pred2) const {
505     return false;
506   }
507
508   /// DefinesPredicate - If the specified instruction defines any predicate
509   /// or condition code register(s) used for predication, returns true as well
510   /// as the definition predicate(s) by reference.
511   virtual bool DefinesPredicate(MachineInstr *MI,
512                                 std::vector<MachineOperand> &Pred) const {
513     return false;
514   }
515
516   /// getPointerRegClass - Returns a TargetRegisterClass used for pointer
517   /// values.
518   virtual const TargetRegisterClass *getPointerRegClass() const {
519     assert(0 && "Target didn't implement getPointerRegClass!");
520     abort();
521     return 0; // Must return a value in order to compile with VS 2005
522   }
523 };
524
525 } // End llvm namespace
526
527 #endif