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[oota-llvm.git] / include / llvm / Pass.h
1 //===- llvm/Pass.h - Base class for Passes ----------------------*- 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 defines a base class that indicates that a specified class is a
11 // transformation pass implementation.
12 //
13 // Passes are designed this way so that it is possible to run passes in a cache
14 // and organizationally optimal order without having to specify it at the front
15 // end.  This allows arbitrary passes to be strung together and have them
16 // executed as effeciently as possible.
17 //
18 // Passes should extend one of the classes below, depending on the guarantees
19 // that it can make about what will be modified as it is run.  For example, most
20 // global optimizations should derive from FunctionPass, because they do not add
21 // or delete functions, they operate on the internals of the function.
22 //
23 // Note that this file #includes PassSupport.h and PassAnalysisSupport.h (at the
24 // bottom), so the APIs exposed by these files are also automatically available
25 // to all users of this file.
26 //
27 //===----------------------------------------------------------------------===//
28
29 #ifndef LLVM_PASS_H
30 #define LLVM_PASS_H
31
32 #include "llvm/Support/Streams.h"
33 #include <vector>
34 #include <deque>
35 #include <map>
36 #include <iosfwd>
37 #include <typeinfo>
38 #include <cassert>
39
40 namespace llvm {
41
42 class Value;
43 class BasicBlock;
44 class Function;
45 class Module;
46 class AnalysisUsage;
47 class PassInfo;
48 class ImmutablePass;
49 template<class Trait> class PassManagerT;
50 class BasicBlockPassManager;
51 class FunctionPassManagerT;
52 class ModulePassManager;
53 class PMStack;
54 class AnalysisResolver;
55 class PMDataManager;
56
57 // AnalysisID - Use the PassInfo to identify a pass...
58 typedef const PassInfo* AnalysisID;
59
60 //===----------------------------------------------------------------------===//
61 /// Pass interface - Implemented by all 'passes'.  Subclass this if you are an
62 /// interprocedural optimization or you do not fit into any of the more
63 /// constrained passes described below.
64 ///
65 class Pass {
66   AnalysisResolver *Resolver;  // Used to resolve analysis
67   const PassInfo *PassInfoCache;
68
69   // AnalysisImpls - This keeps track of which passes implement the interfaces
70   // that are required by the current pass (to implement getAnalysis()).
71   //
72   std::vector<std::pair<const PassInfo*, Pass*> > AnalysisImpls;
73
74   void operator=(const Pass&);  // DO NOT IMPLEMENT
75   Pass(const Pass &);           // DO NOT IMPLEMENT
76 public:
77   Pass() : Resolver(0), PassInfoCache(0) {}
78   virtual ~Pass() {} // Destructor is virtual so we can be subclassed
79
80   /// getPassName - Return a nice clean name for a pass.  This usually
81   /// implemented in terms of the name that is registered by one of the
82   /// Registration templates, but can be overloaded directly, and if nothing
83   /// else is available, C++ RTTI will be consulted to get a SOMEWHAT
84   /// intelligible name for the pass.
85   ///
86   virtual const char *getPassName() const;
87
88   /// getPassInfo - Return the PassInfo data structure that corresponds to this
89   /// pass...  If the pass has not been registered, this will return null.
90   ///
91   const PassInfo *getPassInfo() const;
92
93   /// runPass - Run this pass, returning true if a modification was made to the
94   /// module argument.  This should be implemented by all concrete subclasses.
95   ///
96   virtual bool runPass(Module &M) { return false; }
97   virtual bool runPass(BasicBlock&) { return false; }
98
99   /// print - Print out the internal state of the pass.  This is called by
100   /// Analyze to print out the contents of an analysis.  Otherwise it is not
101   /// necessary to implement this method.  Beware that the module pointer MAY be
102   /// null.  This automatically forwards to a virtual function that does not
103   /// provide the Module* in case the analysis doesn't need it it can just be
104   /// ignored.
105   ///
106   virtual void print(std::ostream &O, const Module *M) const;
107   void print(std::ostream *O, const Module *M) const { if (O) print(*O, M); }
108   void dump() const; // dump - call print(std::cerr, 0);
109
110   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS) {}
111   virtual void setupPassManager(PMStack &PMS) {}
112
113   // Access AnalysisResolver
114   inline void setResolver(AnalysisResolver *AR) { Resolver = AR; }
115   inline AnalysisResolver *getResolver() { return Resolver; }
116
117   /// getAnalysisUsage - This function should be overriden by passes that need
118   /// analysis information to do their job.  If a pass specifies that it uses a
119   /// particular analysis result to this function, it can then use the
120   /// getAnalysis<AnalysisType>() function, below.
121   ///
122   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
123     // By default, no analysis results are used, all are invalidated.
124   }
125
126   /// releaseMemory() - This member can be implemented by a pass if it wants to
127   /// be able to release its memory when it is no longer needed.  The default
128   /// behavior of passes is to hold onto memory for the entire duration of their
129   /// lifetime (which is the entire compile time).  For pipelined passes, this
130   /// is not a big deal because that memory gets recycled every time the pass is
131   /// invoked on another program unit.  For IP passes, it is more important to
132   /// free memory when it is unused.
133   ///
134   /// Optionally implement this function to release pass memory when it is no
135   /// longer used.
136   ///
137   virtual void releaseMemory() {}
138
139   // dumpPassStructure - Implement the -debug-passes=PassStructure option
140   virtual void dumpPassStructure(unsigned Offset = 0);
141
142   template<typename AnalysisClass>
143   static const PassInfo *getClassPassInfo() {
144     return lookupPassInfo(typeid(AnalysisClass));
145   }
146
147   // lookupPassInfo - Return the pass info object for the specified pass class,
148   // or null if it is not known.
149   static const PassInfo *lookupPassInfo(const std::type_info &TI);
150
151   /// getAnalysisToUpdate<AnalysisType>() - This function is used by subclasses
152   /// to get to the analysis information that might be around that needs to be
153   /// updated.  This is different than getAnalysis in that it can fail (ie the
154   /// analysis results haven't been computed), so should only be used if you
155   /// provide the capability to update an analysis that exists.  This method is
156   /// often used by transformation APIs to update analysis results for a pass
157   /// automatically as the transform is performed.
158   ///
159   template<typename AnalysisType>
160   AnalysisType *getAnalysisToUpdate() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
161
162   /// mustPreserveAnalysisID - This method serves the same function as
163   /// getAnalysisToUpdate, but works if you just have an AnalysisID.  This
164   /// obviously cannot give you a properly typed instance of the class if you
165   /// don't have the class name available (use getAnalysisToUpdate if you do),
166   /// but it can tell you if you need to preserve the pass at least.
167   ///
168   bool mustPreserveAnalysisID(const PassInfo *AnalysisID) const;
169
170   /// getAnalysis<AnalysisType>() - This function is used by subclasses to get
171   /// to the analysis information that they claim to use by overriding the
172   /// getAnalysisUsage function.
173   ///
174   template<typename AnalysisType>
175   AnalysisType &getAnalysis() const; // Defined in PassAnalysisSupport.h
176
177   template<typename AnalysisType>
178   AnalysisType &getAnalysisID(const PassInfo *PI) const;
179     
180 private:
181   template<typename Trait> friend class PassManagerT;
182   friend class ModulePassManager;
183   friend class FunctionPassManagerT;
184   friend class BasicBlockPassManager;
185 };
186
187 inline std::ostream &operator<<(std::ostream &OS, const Pass &P) {
188   P.print(OS, 0); return OS;
189 }
190
191 //===----------------------------------------------------------------------===//
192 /// ModulePass class - This class is used to implement unstructured
193 /// interprocedural optimizations and analyses.  ModulePasses may do anything
194 /// they want to the program.
195 ///
196 class ModulePass : public Pass {
197 public:
198   /// runOnModule - Virtual method overriden by subclasses to process the module
199   /// being operated on.
200   virtual bool runOnModule(Module &M) = 0;
201
202   virtual bool runPass(Module &M) { return runOnModule(M); }
203   virtual bool runPass(BasicBlock&) { return false; }
204
205   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS);
206
207   // Force out-of-line virtual method.
208   virtual ~ModulePass();
209 };
210
211
212 //===----------------------------------------------------------------------===//
213 /// ImmutablePass class - This class is used to provide information that does
214 /// not need to be run.  This is useful for things like target information and
215 /// "basic" versions of AnalysisGroups.
216 ///
217 class ImmutablePass : public ModulePass {
218 public:
219   /// initializePass - This method may be overriden by immutable passes to allow
220   /// them to perform various initialization actions they require.  This is
221   /// primarily because an ImmutablePass can "require" another ImmutablePass,
222   /// and if it does, the overloaded version of initializePass may get access to
223   /// these passes with getAnalysis<>.
224   ///
225   virtual void initializePass() {}
226
227   /// ImmutablePasses are never run.
228   ///
229   virtual bool runOnModule(Module &M) { return false; }
230
231   // Force out-of-line virtual method.
232   virtual ~ImmutablePass();
233 };
234
235 //===----------------------------------------------------------------------===//
236 /// FunctionPass class - This class is used to implement most global
237 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they meet the
238 /// following constraints:
239 ///
240 ///  1. Optimizations are organized globally, i.e., a function at a time
241 ///  2. Optimizing a function does not cause the addition or removal of any
242 ///     functions in the module
243 ///
244 class FunctionPass : public ModulePass {
245 public:
246   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
247   /// any necessary per-module initialization.
248   ///
249   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
250
251   /// runOnFunction - Virtual method overriden by subclasses to do the
252   /// per-function processing of the pass.
253   ///
254   virtual bool runOnFunction(Function &F) = 0;
255
256   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
257   /// processing needed after all passes have run.
258   ///
259   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
260
261   /// runOnModule - On a module, we run this pass by initializing,
262   /// ronOnFunction'ing once for every function in the module, then by
263   /// finalizing.
264   ///
265   virtual bool runOnModule(Module &M);
266
267   /// run - On a function, we simply initialize, run the function, then
268   /// finalize.
269   ///
270   bool run(Function &F);
271
272   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS);
273   virtual void setupPassManager(PMStack &PMS);
274 };
275
276
277
278 //===----------------------------------------------------------------------===//
279 /// BasicBlockPass class - This class is used to implement most local
280 /// optimizations.  Optimizations should subclass this class if they
281 /// meet the following constraints:
282 ///   1. Optimizations are local, operating on either a basic block or
283 ///      instruction at a time.
284 ///   2. Optimizations do not modify the CFG of the contained function, or any
285 ///      other basic block in the function.
286 ///   3. Optimizations conform to all of the constraints of FunctionPasses.
287 ///
288 class BasicBlockPass : public FunctionPass {
289 public:
290   /// doInitialization - Virtual method overridden by subclasses to do
291   /// any necessary per-module initialization.
292   ///
293   virtual bool doInitialization(Module &M) { return false; }
294
295   /// doInitialization - Virtual method overridden by BasicBlockPass subclasses
296   /// to do any necessary per-function initialization.
297   ///
298   virtual bool doInitialization(Function &F) { return false; }
299
300   /// runOnBasicBlock - Virtual method overriden by subclasses to do the
301   /// per-basicblock processing of the pass.
302   ///
303   virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock &BB) = 0;
304
305   /// doFinalization - Virtual method overriden by BasicBlockPass subclasses to
306   /// do any post processing needed after all passes have run.
307   ///
308   virtual bool doFinalization(Function &F) { return false; }
309
310   /// doFinalization - Virtual method overriden by subclasses to do any post
311   /// processing needed after all passes have run.
312   ///
313   virtual bool doFinalization(Module &M) { return false; }
314
315
316   // To run this pass on a function, we simply call runOnBasicBlock once for
317   // each function.
318   //
319   bool runOnFunction(Function &F);
320
321   /// To run directly on the basic block, we initialize, runOnBasicBlock, then
322   /// finalize.
323   ///
324   virtual bool runPass(Module &M) { return false; }
325   virtual bool runPass(BasicBlock &BB);
326
327   virtual void assignPassManager(PMStack &PMS);
328   virtual void setupPassManager(PMStack &PMS);
329 };
330
331 /// Different types of internal pass managers. External pass managers
332 /// (PassManager and FunctionPassManager) are not represented here.
333 /// Ordering of pass manager types is important here.
334 enum PassManagerType {
335   PMT_Unknown = 0,
336   PMT_ModulePassManager = 1, /// MPPassManager 
337   PMT_CallGraphPassManager,  /// CGPassManager
338   PMT_FunctionPassManager,   /// FPPassManager
339   PMT_LoopPassManager,       /// LPPassManager
340   PMT_BasicBlockPassManager  /// BBPassManager
341 };
342
343 /// PMStack
344 /// Top level pass manager (see PasManager.cpp) maintains active Pass Managers 
345 /// using PMStack. Each Pass implements setupPassManager() and 
346 /// assignPassManager() to connect itself with appropriate manager. 
347 /// setupPassManager() creates new pass manager if required before adding 
348 /// required analysis passes. assignPassManager() walks PMStack to find
349 /// suitable manager.
350 ///
351 /// PMStack is just a wrapper around standard deque that overrides pop() and
352 /// push() methods.
353 class PMStack {
354 public:
355   typedef std::deque<PMDataManager *>::reverse_iterator iterator;
356   iterator begin() { return S.rbegin(); }
357   iterator end() { return S.rend(); }
358
359   void handleLastUserOverflow();
360
361   void pop();
362   inline PMDataManager *top() { return S.back(); }
363   void push(Pass *P);
364   inline bool empty() { return S.empty(); }
365
366   void dump();
367 private:
368   std::deque<PMDataManager *> S;
369 };
370
371
372 /// If the user specifies the -time-passes argument on an LLVM tool command line
373 /// then the value of this boolean will be true, otherwise false.
374 /// @brief This is the storage for the -time-passes option.
375 extern bool TimePassesIsEnabled;
376
377 } // End llvm namespace
378
379 // Include support files that contain important APIs commonly used by Passes,
380 // but that we want to separate out to make it easier to read the header files.
381 //
382 #include "llvm/PassSupport.h"
383 #include "llvm/PassAnalysisSupport.h"
384
385 #endif