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[oota-llvm.git] / include / llvm / Pass.h
index e357df0037a6454df11145dc5b1071a616a16576..0d0a6e6fbc07c5491b4e927cb587188994a18598 100644 (file)
-//===- llvm/Pass.h - Base class for XForm Passes -----------------*- C++ -*--=//
+//===- llvm/Pass.h - Base class for Passes ----------------------*- C++ -*-===//
+// 
+//                     The LLVM Compiler Infrastructure
+//
+// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
+// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
+// 
+//===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // This file defines a base class that indicates that a specified class is a
 // transformation pass implementation.
 //
-// Pass's are designed this way so that it is possible to apply N passes to a
-// module, by first doing N Pass specific initializations for the module, then
-// looping over all of the methods in the module, doing method specific work
-// N times for each method.  Like this:
-//
-// for_each(Passes.begin(), Passes.end(), doPassInitialization(Module));
-// for_each(Method *M <- Module->begin(), Module->end())
-//   for_each(Passes.begin(), Passes.end(), doPerMethodWork(M));
-//
-// The other way to do things is like this:
-// for_each(Pass *P <- Passes.begin(), Passes.end()) {
-//   Passes->doPassInitialization(Module)
-//   for_each(Module->begin(), Module->end(), P->doPerMethodWork);
-// }
+// Pass's are designed this way so that it is possible to run passes in a cache
+// and organizationally optimal order without having to specify it at the front
+// end.  This allows arbitrary passes to be strung together and have them
+// executed as effeciently as possible.
 //
-// But this can cause thrashing and poor cache performance, so we don't do it
-// that way.
+// Passes should extend one of the classes below, depending on the guarantees
+// that it can make about what will be modified as it is run.  For example, most
+// global optimizations should derive from FunctionPass, because they do not add
+// or delete functions, they operate on the internals of the function.
 //
-// Because a transformation does not see all methods consecutively, it should
-// be careful about the state that it maintains... another pass may modify a
-// method between two invocatations of doPerMethodWork.
-//
-// Also, implementations of doMethodWork should not remove any methods from the
-// module.
+// Note that this file #includes PassSupport.h and PassAnalysisSupport.h (at the
+// bottom), so the APIs exposed by these files are also automatically available
+// to all users of this file.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #ifndef LLVM_PASS_H
 #define LLVM_PASS_H
 
-#include "llvm/Module.h"
-#include "llvm/Method.h"
+#include <vector>
+#include <map>
+#include <iosfwd>
+#include <typeinfo>
+#include <cassert>
+class Value;
+class BasicBlock;
+class Function;
+class Module;
+class AnalysisUsage;
+class PassInfo;
+class ImmutablePass;
+template<class UnitType> class PassManagerT;
+struct AnalysisResolver;
+
+// AnalysisID - Use the PassInfo to identify a pass...
+typedef const PassInfo* AnalysisID;
 
 //===----------------------------------------------------------------------===//
-// Pass interface - Implemented by all 'passes'.
-//
-struct Pass {
-  //===--------------------------------------------------------------------===//
-  // The externally useful entry points
+/// Pass interface - Implemented by all 'passes'.  Subclass this if you are an
+/// interprocedural optimization or you do not fit into any of the more
+/// constrained passes described below.
+///
+class Pass {
+  friend class AnalysisResolver;
+  AnalysisResolver *Resolver;  // AnalysisResolver this pass is owned by...
+  const PassInfo *PassInfoCache;
+
+  // AnalysisImpls - This keeps track of which passes implement the interfaces
+  // that are required by the current pass (to implement getAnalysis()).
   //
+  std::vector<std::pair<const PassInfo*, Pass*> > AnalysisImpls;
+
+  void operator=(const Pass&);  // DO NOT IMPLEMENT
+  Pass(const Pass &);           // DO NOT IMPLEMENT
+public:
+  Pass() : Resolver(0), PassInfoCache(0) {}
+  virtual ~Pass() {} // Destructor is virtual so we can be subclassed
+
+  /// getPassName - Return a nice clean name for a pass.  This usually
+  /// implemented in terms of the name that is registered by one of the
+  /// Registration templates, but can be overloaded directly, and if nothing
+  /// else is available, C++ RTTI will be consulted to get a SOMEWHAT
+  /// intelligible name for the pass.
+  ///
+  virtual const char *getPassName() const;
+
+  /// getPassInfo - Return the PassInfo data structure that corresponds to this
+  /// pass...  If the pass has not been registered, this will return null.
+  ///
+  const PassInfo *getPassInfo() const;
+
+  /// run - Run this pass, returning true if a modification was made to the
+  /// module argument.  This should be implemented by all concrete subclasses.
+  ///
+  virtual bool run(Module &M) = 0;
+
+  /// print - Print out the internal state of the pass.  This is called by
+  /// Analyze to print out the contents of an analysis.  Otherwise it is not
+  /// necessary to implement this method.  Beware that the module pointer MAY be
+  /// null.  This automatically forwards to a virtual function that does not
+  /// provide the Module* in case the analysis doesn't need it it can just be
+  /// ignored.
+  ///
+  virtual void print(std::ostream &O, const Module *M) const { print(O); }
+  virtual void print(std::ostream &O) const;
+  void dump() const; // dump - call print(std::cerr, 0);
+
 
-  // runAllPasses - Run a bunch of passes on the specified module, efficiently.
-  static bool runAllPasses(Module *M, vector<Pass*> &Passes) {
-    bool MadeChanges = false;
-    // Run all of the pass initializers
-    for (unsigned i = 0; i < Passes.size(); ++i)
-      MadeChanges |= Passes[i]->doPassInitialization(M);
-    
-    // Loop over all of the methods, applying all of the passes to them
-    for (unsigned m = 0; m < M->size(); ++m)
-      for (unsigned i = 0; i < Passes.size(); ++i)
-        MadeChanges |= Passes[i]->doPerMethodWork(*(M->begin()+m));
-
-    // Run all of the pass finalizers...
-    for (unsigned i = 0; i < Passes.size(); ++i)
-      MadeChanges |= Passes[i]->doPassFinalization(M);
-    return MadeChanges;
+  /// getAnalysisUsage - This function should be overriden by passes that need
+  /// analysis information to do their job.  If a pass specifies that it uses a
+  /// particular analysis result to this function, it can then use the
+  /// getAnalysis<AnalysisType>() function, below.
+  ///
+  virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
+    // By default, no analysis results are used, all are invalidated.
   }
 
-  // runAllPassesAndFree - Run a bunch of passes on the specified module,
-  // efficiently.  When done, delete all of the passes.
-  //
-  static bool runAllPassesAndFree(Module *M, vector<Pass*> &Passes) {
-    // First run all of the passes
-    bool MadeChanges = runAllPasses(M, Passes);
-
-    // Free all of the passes.
-    for (unsigned i = 0; i < Passes.size(); ++i)
-      delete Passes[i];
-    return MadeChanges;
+  /// releaseMemory() - This member can be implemented by a pass if it wants to
+  /// be able to release its memory when it is no longer needed.  The default
+  /// behavior of passes is to hold onto memory for the entire duration of their
+  /// lifetime (which is the entire compile time).  For pipelined passes, this
+  /// is not a big deal because that memory gets recycled every time the pass is
+  /// invoked on another program unit.  For IP passes, it is more important to
+  /// free memory when it is unused.
+  ///
+  /// Optionally implement this function to release pass memory when it is no
+  /// longer used.
+  ///
+  virtual void releaseMemory() {}
+
+  // dumpPassStructure - Implement the -debug-passes=PassStructure option
+  virtual void dumpPassStructure(unsigned Offset = 0);
+
+
+  // getPassInfo - Static method to get the pass information from a class name.
+  template<typename AnalysisClass>
+  static const PassInfo *getClassPassInfo() {
+    return lookupPassInfo(typeid(AnalysisClass));
   }
 
+  // lookupPassInfo - Return the pass info object for the specified pass class,
+  // or null if it is not known.
+  static const PassInfo *lookupPassInfo(const std::type_info &TI);
 
-  // run(Module*) - Run this pass on a module and all of the methods contained
-  // within it.  Returns true if any of the contained passes returned true.
-  //
-  bool run(Module *M) {
-    bool MadeChanges = doPassInitialization(M);
+  /// getAnalysisToUpdate<AnalysisType>() - This function is used by subclasses
+  /// to get to the analysis information that might be around that needs to be
+  /// updated.  This is different than getAnalysis in that it can fail (ie the
+  /// analysis results haven't been computed), so should only be used if you
+  /// provide the capability to update an analysis that exists.  This method is
+  /// often used by transformation APIs to update analysis results for a pass
+  /// automatically as the transform is performed.
+  ///
+  template<typename AnalysisType>
+  AnalysisType *getAnalysisToUpdate() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
 
-    // Loop over methods in the module.  doPerMethodWork could add a method to
-    // the Module, so we have to keep checking for end of method list condition.
-    //
-    for (unsigned m = 0; m < M->size(); ++m)
-      MadeChanges |= doPerMethodWork(*(M->begin()+m));
-    return MadeChanges | doPassFinalization(M);
+  /// mustPreserveAnalysisID - This method serves the same function as
+  /// getAnalysisToUpdate, but works if you just have an AnalysisID.  This
+  /// obviously cannot give you a properly typed instance of the class if you
+  /// don't have the class name available (use getAnalysisToUpdate if you do),
+  /// but it can tell you if you need to preserve the pass at least.
+  ///
+  bool mustPreserveAnalysisID(const PassInfo *AnalysisID) const;
+
+  /// getAnalysis<AnalysisType>() - This function is used by subclasses to get
+  /// to the analysis information that they claim to use by overriding the
+  /// getAnalysisUsage function.
+  ///
+  template<typename AnalysisType>
+  AnalysisType &getAnalysis() const {
+    assert(Resolver && "Pass has not been inserted into a PassManager object!");
+    const PassInfo *PI = getClassPassInfo<AnalysisType>();
+    return getAnalysisID<AnalysisType>(PI);
   }
 
-  // run(Method*) - Run this pass on a module and one specific method.  Returns
-  // false on success.
-  //
-  bool run(Method *M) {
-    return doPassInitialization(M->getParent()) | doPerMethodWork(M) |
-           doPassFinalization(M->getParent());
+  template<typename AnalysisType>
+  AnalysisType &getAnalysisID(const PassInfo *PI) const {
+    assert(Resolver && "Pass has not been inserted into a PassManager object!");
+    assert(PI && "getAnalysis for unregistered pass!");
+
+    // PI *must* appear in AnalysisImpls.  Because the number of passes used
+    // should be a small number, we just do a linear search over a (dense)
+    // vector.
+    Pass *ResultPass = 0;
+    for (unsigned i = 0; ; ++i) {
+      assert(i != AnalysisImpls.size() &&
+             "getAnalysis*() called on an analysis that we not "
+             "'required' by pass!");
+      if (AnalysisImpls[i].first == PI) {
+        ResultPass = AnalysisImpls[i].second;
+        break;
+      }
+    }
+
+    // Because the AnalysisType may not be a subclass of pass (for
+    // AnalysisGroups), we must use dynamic_cast here to potentially adjust the
+    // return pointer (because the class may multiply inherit, once from pass,
+    // once from AnalysisType).
+    //
+    AnalysisType *Result = dynamic_cast<AnalysisType*>(ResultPass);
+    assert(Result && "Pass does not implement interface required!");
+    return *Result;
   }
 
+private:
+  friend class PassManagerT<Module>;
+  friend class PassManagerT<Function>;
+  friend class PassManagerT<BasicBlock>;
+  virtual void addToPassManager(PassManagerT<Module> *PM, AnalysisUsage &AU);
+};
 
-  //===--------------------------------------------------------------------===//
-  // Functions to be implemented by subclasses
-  //
+inline std::ostream &operator<<(std::ostream &OS, const Pass &P) {
+  P.print(OS, 0); return OS;
+}
 
-  // Destructor - Virtual so we can be subclassed
-  inline virtual ~Pass() {}
 
-  // doPassInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
-  // any neccesary per-module initialization.
-  //
-  virtual bool doPassInitialization(Module *M) { return false; }
 
-  // doPerMethodWork - Virtual method overriden by subclasses to do the
-  // per-method processing of the pass.
-  //
-  virtual bool doPerMethodWork(Method *M) { return false; }
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+/// ImmutablePass class - This class is used to provide information that does
+/// not need to be run.  This is useful for things like target information and
+/// "basic" versions of AnalysisGroups.
+///
+struct ImmutablePass : public Pass {
+  /// initializePass - This method may be overriden by immutable passes to allow
+  /// them to perform various initialization actions they require.  This is
+  /// primarily because an ImmutablePass can "require" another ImmutablePass,
+  /// and if it does, the overloaded version of initializePass may get access to
+  /// these passes with getAnalysis<>.
+  ///
+  virtual void initializePass() {}
+
+  /// ImmutablePasses are never run.
+  ///
+  virtual bool run(Module &M) { return false; }
+
+private:
+  friend class PassManagerT<Module>;
+  virtual void addToPassManager(PassManagerT<Module> *PM, AnalysisUsage &AU);
+};
+
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+/// FunctionPass class - This class is used to implement most global
+/// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they meet the
+/// following constraints:
+///
+///  1. Optimizations are organized globally, i.e., a function at a time
+///  2. Optimizing a function does not cause the addition or removal of any
+///     functions in the module
+///
+struct FunctionPass : public Pass {
+  /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
+  /// any necessary per-module initialization.
+  ///
+  virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
+
+  /// runOnFunction - Virtual method overriden by subclasses to do the
+  /// per-function processing of the pass.
+  ///
+  virtual bool runOnFunction(Function &F) = 0;
+
+  /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
+  /// processing needed after all passes have run.
+  ///
+  virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
+
+  /// run - On a module, we run this pass by initializing, ronOnFunction'ing
+  /// once for every function in the module, then by finalizing.
+  ///
+  virtual bool run(Module &M);
+
+  /// run - On a function, we simply initialize, run the function, then
+  /// finalize.
+  ///
+  bool run(Function &F);
+
+private:
+  friend class PassManagerT<Module>;
+  friend class PassManagerT<Function>;
+  friend class PassManagerT<BasicBlock>;
+  virtual void addToPassManager(PassManagerT<Module> *PM, AnalysisUsage &AU);
+  virtual void addToPassManager(PassManagerT<Function> *PM, AnalysisUsage &AU);
+};
 
-  // doPassFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
-  // processing needed after all passes have run.
+
+
+//===----------------------------------------------------------------------===//
+/// BasicBlockPass class - This class is used to implement most local
+/// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they
+/// meet the following constraints:
+///   1. Optimizations are local, operating on either a basic block or
+///      instruction at a time.
+///   2. Optimizations do not modify the CFG of the contained function, or any
+///      other basic block in the function.
+///   3. Optimizations conform to all of the constraints of FunctionPass's.
+///
+struct BasicBlockPass : public FunctionPass {
+  /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
+  /// any necessary per-module initialization.
+  ///
+  virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
+
+  /// doInitialization - Virtual method overridden by BasicBlockPass subclasses
+  /// to do any necessary per-function initialization.
+  ///
+  virtual bool doInitialization(Function &F) { return false; }
+
+  /// runOnBasicBlock - Virtual method overriden by subclasses to do the
+  /// per-basicblock processing of the pass.
+  ///
+  virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock &BB) = 0;
+
+  /// doFinalization - Virtual method overriden by BasicBlockPass subclasses to
+  /// do any post processing needed after all passes have run.
+  ///
+  virtual bool doFinalization(Function &F) { return false; }
+
+  /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
+  /// processing needed after all passes have run.
+  ///
+  virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
+
+
+  // To run this pass on a function, we simply call runOnBasicBlock once for
+  // each function.
   //
-  virtual bool doPassFinalization(Module *M) { return false; }
+  bool runOnFunction(Function &F);
+
+  /// To run directly on the basic block, we initialize, runOnBasicBlock, then
+  /// finalize.
+  ///
+  bool run(BasicBlock &BB);
+
+private:
+  friend class PassManagerT<Function>;
+  friend class PassManagerT<BasicBlock>;
+  virtual void addToPassManager(PassManagerT<Function> *PM, AnalysisUsage &AU);
+  virtual void addToPassManager(PassManagerT<BasicBlock> *PM,AnalysisUsage &AU);
 };
 
-#endif
+// Include support files that contain important APIs commonly used by Passes,
+// but that we want to separate out to make it easier to read the header files.
+//
+#include "llvm/PassSupport.h"
+#include "llvm/PassAnalysisSupport.h"
 
+#endif