Add scoped-noalias metadata
[oota-llvm.git] / include / llvm / IR / LegacyPassManagers.h
1 //===- LegacyPassManagers.h - Legacy Pass Infrastructure --------*- 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/ADT/ArrayRef.h"
18 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
21 #include "llvm/Pass.h"
22 #include <map>
23 #include <vector>
24
25 //===----------------------------------------------------------------------===//
26 // Overview:
27 // The Pass Manager Infrastructure manages passes. It's responsibilities are:
28 //
29 //   o Manage optimization pass execution order
30 //   o Make required Analysis information available before pass P is run
31 //   o Release memory occupied by dead passes
32 //   o If Analysis information is dirtied by a pass then regenerate Analysis
33 //     information before it is consumed by another pass.
34 //
35 // Pass Manager Infrastructure uses multiple pass managers.  They are
36 // PassManager, FunctionPassManager, MPPassManager, FPPassManager, BBPassManager.
37 // This class hierarchy uses multiple inheritance but pass managers do not
38 // derive from another pass manager.
39 //
40 // PassManager and FunctionPassManager are two top-level pass manager that
41 // represents the external interface of this entire pass manager infrastucture.
42 //
43 // Important classes :
44 //
45 // [o] class PMTopLevelManager;
46 //
47 // Two top level managers, PassManager and FunctionPassManager, derive from
48 // PMTopLevelManager. PMTopLevelManager manages information used by top level
49 // managers such as last user info.
50 //
51 // [o] class PMDataManager;
52 //
53 // PMDataManager manages information, e.g. list of available analysis info,
54 // used by a pass manager to manage execution order of passes. It also provides
55 // a place to implement common pass manager APIs. All pass managers derive from
56 // PMDataManager.
57 //
58 // [o] class BBPassManager : public FunctionPass, public PMDataManager;
59 //
60 // BBPassManager manages BasicBlockPasses.
61 //
62 // [o] class FunctionPassManager;
63 //
64 // This is a external interface used by JIT to manage FunctionPasses. This
65 // interface relies on FunctionPassManagerImpl to do all the tasks.
66 //
67 // [o] class FunctionPassManagerImpl : public ModulePass, PMDataManager,
68 //                                     public PMTopLevelManager;
69 //
70 // FunctionPassManagerImpl is a top level manager. It manages FPPassManagers
71 //
72 // [o] class FPPassManager : public ModulePass, public PMDataManager;
73 //
74 // FPPassManager manages FunctionPasses and BBPassManagers
75 //
76 // [o] class MPPassManager : public Pass, public PMDataManager;
77 //
78 // MPPassManager manages ModulePasses and FPPassManagers
79 //
80 // [o] class PassManager;
81 //
82 // This is a external interface used by various tools to manages passes. It
83 // relies on PassManagerImpl to do all the tasks.
84 //
85 // [o] class PassManagerImpl : public Pass, public PMDataManager,
86 //                             public PMTopLevelManager
87 //
88 // PassManagerImpl is a top level pass manager responsible for managing
89 // MPPassManagers.
90 //===----------------------------------------------------------------------===//
91
92 #include "llvm/Support/PrettyStackTrace.h"
93
94 namespace llvm {
95   class Module;
96   class Pass;
97   class StringRef;
98   class Value;
99   class Timer;
100   class PMDataManager;
101
102 // enums for debugging strings
103 enum PassDebuggingString {
104   EXECUTION_MSG, // "Executing Pass '" + PassName
105   MODIFICATION_MSG, // "Made Modification '" + PassName
106   FREEING_MSG, // " Freeing Pass '" + PassName
107   ON_BASICBLOCK_MSG, // "' on BasicBlock '" + InstructionName + "'...\n"
108   ON_FUNCTION_MSG, // "' on Function '" + FunctionName + "'...\n"
109   ON_MODULE_MSG, // "' on Module '" + ModuleName + "'...\n"
110   ON_REGION_MSG, // "' on Region '" + Msg + "'...\n'"
111   ON_LOOP_MSG, // "' on Loop '" + Msg + "'...\n'"
112   ON_CG_MSG // "' on Call Graph Nodes '" + Msg + "'...\n'"
113 };
114
115 /// PassManagerPrettyStackEntry - This is used to print informative information
116 /// about what pass is running when/if a stack trace is generated.
117 class PassManagerPrettyStackEntry : public PrettyStackTraceEntry {
118   Pass *P;
119   Value *V;
120   Module *M;
121 public:
122   explicit PassManagerPrettyStackEntry(Pass *p)
123     : P(p), V(nullptr), M(nullptr) {}  // When P is releaseMemory'd.
124   PassManagerPrettyStackEntry(Pass *p, Value &v)
125     : P(p), V(&v), M(nullptr) {} // When P is run on V
126   PassManagerPrettyStackEntry(Pass *p, Module &m)
127     : P(p), V(nullptr), M(&m) {} // When P is run on M
128
129   /// print - Emit information about this stack frame to OS.
130   void print(raw_ostream &OS) const override;
131 };
132
133
134 //===----------------------------------------------------------------------===//
135 // PMStack
136 //
137 /// PMStack - This class implements a stack data structure of PMDataManager
138 /// pointers.
139 ///
140 /// Top level pass managers (see PassManager.cpp) maintain active Pass Managers
141 /// using PMStack. Each Pass implements assignPassManager() to connect itself
142 /// with appropriate manager. assignPassManager() walks PMStack to find
143 /// suitable manager.
144 class PMStack {
145 public:
146   typedef std::vector<PMDataManager *>::const_reverse_iterator iterator;
147   iterator begin() const { return S.rbegin(); }
148   iterator end() const { return S.rend(); }
149
150   void pop();
151   PMDataManager *top() const { return S.back(); }
152   void push(PMDataManager *PM);
153   bool empty() const { return S.empty(); }
154
155   void dump() const;
156
157 private:
158   std::vector<PMDataManager *> S;
159 };
160
161
162 //===----------------------------------------------------------------------===//
163 // PMTopLevelManager
164 //
165 /// PMTopLevelManager manages LastUser info and collects common APIs used by
166 /// top level pass managers.
167 class PMTopLevelManager {
168 protected:
169   explicit PMTopLevelManager(PMDataManager *PMDM);
170
171   unsigned getNumContainedManagers() const {
172     return (unsigned)PassManagers.size();
173   }
174
175   void initializeAllAnalysisInfo();
176
177 private:
178   virtual PMDataManager *getAsPMDataManager() = 0;
179   virtual PassManagerType getTopLevelPassManagerType() = 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(ArrayRef<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() : TPM(nullptr), Depth(0) {
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] = nullptr;
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   void setDepth(unsigned newDepth) { Depth = newDepth; }
337
338   // Print routines used by debug-pass
339   void dumpLastUses(Pass *P, unsigned Offset) const;
340   void dumpPassArguments() const;
341   void dumpPassInfo(Pass *P, enum PassDebuggingString S1,
342                     enum PassDebuggingString S2, StringRef Msg);
343   void dumpRequiredSet(const Pass *P) const;
344   void dumpPreservedSet(const Pass *P) const;
345
346   unsigned getNumContainedPasses() const {
347     return (unsigned)PassVector.size();
348   }
349
350   virtual PassManagerType getPassManagerType() const {
351     assert ( 0 && "Invalid use of getPassManagerType");
352     return PMT_Unknown;
353   }
354
355   DenseMap<AnalysisID, Pass*> *getAvailableAnalysis() {
356     return &AvailableAnalysis;
357   }
358
359   // Collect AvailableAnalysis from all the active Pass Managers.
360   void populateInheritedAnalysis(PMStack &PMS) {
361     unsigned Index = 0;
362     for (PMStack::iterator I = PMS.begin(), E = PMS.end();
363          I != E; ++I)
364       InheritedAnalysis[Index++] = (*I)->getAvailableAnalysis();
365   }
366
367 protected:
368
369   // Top level manager.
370   PMTopLevelManager *TPM;
371
372   // Collection of pass that are managed by this manager
373   SmallVector<Pass *, 16> PassVector;
374
375   // Collection of Analysis provided by Parent pass manager and
376   // used by current pass manager. At at time there can not be more
377   // then PMT_Last active pass mangers.
378   DenseMap<AnalysisID, Pass *> *InheritedAnalysis[PMT_Last];
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   DenseMap<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()
412   : ModulePass(ID), PMDataManager() { }
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) override;
418
419   /// cleanup - After running all passes, clean up pass manager cache.
420   void cleanup();
421
422   /// doInitialization - Overrides ModulePass doInitialization for global
423   /// initialization tasks
424   ///
425   using ModulePass::doInitialization;
426
427   /// doInitialization - Run all of the initializers for the function passes.
428   ///
429   bool doInitialization(Module &M) override;
430
431   /// doFinalization - Overrides ModulePass doFinalization for global
432   /// finalization tasks
433   /// 
434   using ModulePass::doFinalization;
435   
436   /// doFinalization - Run all of the finalizers for the function passes.
437   ///
438   bool doFinalization(Module &M) override;
439
440   PMDataManager *getAsPMDataManager() override { return this; }
441   Pass *getAsPass() override { return this; }
442
443   /// Pass Manager itself does not invalidate any analysis info.
444   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const override {
445     Info.setPreservesAll();
446   }
447
448   // Print passes managed by this manager
449   void dumpPassStructure(unsigned Offset) override;
450
451   const char *getPassName() const override {
452     return "Function Pass Manager";
453   }
454
455   FunctionPass *getContainedPass(unsigned N) {
456     assert ( N < PassVector.size() && "Pass number out of range!");
457     FunctionPass *FP = static_cast<FunctionPass *>(PassVector[N]);
458     return FP;
459   }
460
461   PassManagerType getPassManagerType() const override {
462     return PMT_FunctionPassManager;
463   }
464 };
465
466 Timer *getPassTimer(Pass *);
467
468 }
469
470 #endif