lib/ExecutionEngine/Interpreter/Interpreter.h

   1 //===-- Interpreter.h ------------------------------------------*- 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 header file defines the interpreter structure
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #ifndef LLVM_LIB_EXECUTIONENGINE_INTERPRETER_INTERPRETER_H
  15 #define LLVM_LIB_EXECUTIONENGINE_INTERPRETER_INTERPRETER_H
  16
  17 #include "llvm/ExecutionEngine/ExecutionEngine.h"
  18 #include "llvm/ExecutionEngine/GenericValue.h"
  19 #include "llvm/IR/CallSite.h"
  20 #include "llvm/IR/DataLayout.h"
  21 #include "llvm/IR/Function.h"
  22 #include "llvm/IR/InstVisitor.h"
  23 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
  24 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  25 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  26 namespace llvm {
  27
  28 class IntrinsicLowering;
  29 struct FunctionInfo;
  30 template<typename T> class generic_gep_type_iterator;
  31 class ConstantExpr;
  32 typedef generic_gep_type_iterator<User::const_op_iterator> gep_type_iterator;
  33
  34
  35 // AllocaHolder - Object to track all of the blocks of memory allocated by
  36 // alloca.  When the function returns, this object is popped off the execution
  37 // stack, which causes the dtor to be run, which frees all the alloca'd memory.
  38 //
  39 class AllocaHolder {
  40   std::vector<void *> Allocations;
  41
  42 public:
  43   AllocaHolder() {}
  44
  45   // Make this type move-only. Define explicit move special members for MSVC.
  46   AllocaHolder(AllocaHolder &&RHS) : Allocations(std::move(RHS.Allocations)) {}
  47   AllocaHolder &operator=(AllocaHolder &&RHS) {
  48     Allocations = std::move(RHS.Allocations);
  49     return *this;
  50   }
  51
  52   ~AllocaHolder() {
  53     for (void *Allocation : Allocations)
  54       free(Allocation);
  55   }
  56
  57   void add(void *Mem) { Allocations.push_back(Mem); }
  58 };
  59
  60 typedef std::vector<GenericValue> ValuePlaneTy;
  61
  62 // ExecutionContext struct - This struct represents one stack frame currently
  63 // executing.
  64 //
  65 struct ExecutionContext {
  66   Function             *CurFunction;// The currently executing function
  67   BasicBlock           *CurBB;      // The currently executing BB
  68   BasicBlock::iterator  CurInst;    // The next instruction to execute
  69   CallSite             Caller;     // Holds the call that called subframes.
  70                                    // NULL if main func or debugger invoked fn
  71   std::map<Value *, GenericValue> Values; // LLVM values used in this invocation
  72   std::vector<GenericValue>  VarArgs; // Values passed through an ellipsis
  73   AllocaHolder Allocas;            // Track memory allocated by alloca
  74
  75   ExecutionContext() : CurFunction(nullptr), CurBB(nullptr), CurInst(nullptr) {}
  76
  77   ExecutionContext(ExecutionContext &&O)
  78       : CurFunction(O.CurFunction), CurBB(O.CurBB), CurInst(O.CurInst),
  79         Caller(O.Caller), Values(std::move(O.Values)),
  80         VarArgs(std::move(O.VarArgs)), Allocas(std::move(O.Allocas)) {}
  81
  82   ExecutionContext &operator=(ExecutionContext &&O) {
  83     CurFunction = O.CurFunction;
  84     CurBB = O.CurBB;
  85     CurInst = O.CurInst;
  86     Caller = O.Caller;
  87     Values = std::move(O.Values);
  88     VarArgs = std::move(O.VarArgs);
  89     Allocas = std::move(O.Allocas);
  90     return *this;
  91   }
  92 };
  93
  94 // Interpreter - This class represents the entirety of the interpreter.
  95 //
  96 class Interpreter : public ExecutionEngine, public InstVisitor<Interpreter> {
  97   GenericValue ExitValue;          // The return value of the called function
  98   DataLayout TD;
  99   IntrinsicLowering *IL;
 100
 101   // The runtime stack of executing code.  The top of the stack is the current
 102   // function record.
 103   std::vector<ExecutionContext> ECStack;
 104
 105   // AtExitHandlers - List of functions to call when the program exits,
 106   // registered with the atexit() library function.
 107   std::vector<Function*> AtExitHandlers;
 108
 109 public:
 110   explicit Interpreter(std::unique_ptr<Module> M);
 111   ~Interpreter() override;
 112
 113   /// runAtExitHandlers - Run any functions registered by the program's calls to
 114   /// atexit(3), which we intercept and store in AtExitHandlers.
 115   ///
 116   void runAtExitHandlers();
 117
 118   static void Register() {
 119     InterpCtor = create;
 120   }
 121
 122   /// Create an interpreter ExecutionEngine.
 123   ///
 124   static ExecutionEngine *create(std::unique_ptr<Module> M,
 125                                  std::string *ErrorStr = nullptr);
 126
 127   /// run - Start execution with the specified function and arguments.
 128   ///
 129   GenericValue runFunction(Function *F,
 130                            ArrayRef<GenericValue> ArgValues) override;
 131
 132   void *getPointerToNamedFunction(StringRef Name,
 133                                   bool AbortOnFailure = true) override {
 134     // FIXME: not implemented.
 135     return nullptr;
 136   }
 137
 138   // Methods used to execute code:
 139   // Place a call on the stack
 140   void callFunction(Function *F, ArrayRef<GenericValue> ArgVals);
 141   void run();                // Execute instructions until nothing left to do
 142
 143   // Opcode Implementations
 144   void visitReturnInst(ReturnInst &I);
 145   void visitBranchInst(BranchInst &I);
 146   void visitSwitchInst(SwitchInst &I);
 147   void visitIndirectBrInst(IndirectBrInst &I);
 148
 149   void visitBinaryOperator(BinaryOperator &I);
 150   void visitICmpInst(ICmpInst &I);
 151   void visitFCmpInst(FCmpInst &I);
 152   void visitAllocaInst(AllocaInst &I);
 153   void visitLoadInst(LoadInst &I);
 154   void visitStoreInst(StoreInst &I);
 155   void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &I);
 156   void visitPHINode(PHINode &PN) {
 157     llvm_unreachable("PHI nodes already handled!");
 158   }
 159   void visitTruncInst(TruncInst &I);
 160   void visitZExtInst(ZExtInst &I);
 161   void visitSExtInst(SExtInst &I);
 162   void visitFPTruncInst(FPTruncInst &I);
 163   void visitFPExtInst(FPExtInst &I);
 164   void visitUIToFPInst(UIToFPInst &I);
 165   void visitSIToFPInst(SIToFPInst &I);
 166   void visitFPToUIInst(FPToUIInst &I);
 167   void visitFPToSIInst(FPToSIInst &I);
 168   void visitPtrToIntInst(PtrToIntInst &I);
 169   void visitIntToPtrInst(IntToPtrInst &I);
 170   void visitBitCastInst(BitCastInst &I);
 171   void visitSelectInst(SelectInst &I);
 172
 173
 174   void visitCallSite(CallSite CS);
 175   void visitCallInst(CallInst &I) { visitCallSite (CallSite (&I)); }
 176   void visitInvokeInst(InvokeInst &I) { visitCallSite (CallSite (&I)); }
 177   void visitUnreachableInst(UnreachableInst &I);
 178
 179   void visitShl(BinaryOperator &I);
 180   void visitLShr(BinaryOperator &I);
 181   void visitAShr(BinaryOperator &I);
 182
 183   void visitVAArgInst(VAArgInst &I);
 184   void visitExtractElementInst(ExtractElementInst &I);
 185   void visitInsertElementInst(InsertElementInst &I);
 186   void visitShuffleVectorInst(ShuffleVectorInst &I);
 187
 188   void visitExtractValueInst(ExtractValueInst &I);
 189   void visitInsertValueInst(InsertValueInst &I);
 190
 191   void visitInstruction(Instruction &I) {
 192     errs() << I << "\n";
 193     llvm_unreachable("Instruction not interpretable yet!");
 194   }
 195
 196   GenericValue callExternalFunction(Function *F,
 197                                     ArrayRef<GenericValue> ArgVals);
 198   void exitCalled(GenericValue GV);
 199
 200   void addAtExitHandler(Function *F) {
 201     AtExitHandlers.push_back(F);
 202   }
 203
 204   GenericValue *getFirstVarArg () {
 205     return &(ECStack.back ().VarArgs[0]);
 206   }
 207
 208 private:  // Helper functions
 209   GenericValue executeGEPOperation(Value *Ptr, gep_type_iterator I,
 210                                    gep_type_iterator E, ExecutionContext &SF);
 211
 212   // SwitchToNewBasicBlock - Start execution in a new basic block and run any
 213   // PHI nodes in the top of the block.  This is used for intraprocedural
 214   // control flow.
 215   //
 216   void SwitchToNewBasicBlock(BasicBlock *Dest, ExecutionContext &SF);
 217
 218   void *getPointerToFunction(Function *F) override { return (void*)F; }
 219
 220   void initializeExecutionEngine() { }
 221   void initializeExternalFunctions();
 222   GenericValue getConstantExprValue(ConstantExpr *CE, ExecutionContext &SF);
 223   GenericValue getOperandValue(Value *V, ExecutionContext &SF);
 224   GenericValue executeTruncInst(Value *SrcVal, Type *DstTy,
 225                                 ExecutionContext &SF);
 226   GenericValue executeSExtInst(Value *SrcVal, Type *DstTy,
 227                                ExecutionContext &SF);
 228   GenericValue executeZExtInst(Value *SrcVal, Type *DstTy,
 229                                ExecutionContext &SF);
 230   GenericValue executeFPTruncInst(Value *SrcVal, Type *DstTy,
 231                                   ExecutionContext &SF);
 232   GenericValue executeFPExtInst(Value *SrcVal, Type *DstTy,
 233                                 ExecutionContext &SF);
 234   GenericValue executeFPToUIInst(Value *SrcVal, Type *DstTy,
 235                                  ExecutionContext &SF);
 236   GenericValue executeFPToSIInst(Value *SrcVal, Type *DstTy,
 237                                  ExecutionContext &SF);
 238   GenericValue executeUIToFPInst(Value *SrcVal, Type *DstTy,
 239                                  ExecutionContext &SF);
 240   GenericValue executeSIToFPInst(Value *SrcVal, Type *DstTy,
 241                                  ExecutionContext &SF);
 242   GenericValue executePtrToIntInst(Value *SrcVal, Type *DstTy,
 243                                    ExecutionContext &SF);
 244   GenericValue executeIntToPtrInst(Value *SrcVal, Type *DstTy,
 245                                    ExecutionContext &SF);
 246   GenericValue executeBitCastInst(Value *SrcVal, Type *DstTy,
 247                                   ExecutionContext &SF);
 248   GenericValue executeCastOperation(Instruction::CastOps opcode, Value *SrcVal,
 249                                     Type *Ty, ExecutionContext &SF);
 250   void popStackAndReturnValueToCaller(Type *RetTy, GenericValue Result);
 251
 252 };
 253
 254 } // End llvm namespace
 255
 256 #endif