94d56e4757c27ceaa25f0b1baa609a0654906161
[oota-llvm.git] / include / llvm / PassManagers.h
1 //===- llvm/PassManagers.h - Pass Infrastructure classes  -------*- 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/PassManager.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
21 #include <deque>
22 #include <map>
23
24 //===----------------------------------------------------------------------===//
25 // Overview:
26 // The Pass Manager Infrastructure manages passes. It's responsibilities are:
27 // 
28 //   o Manage optimization pass execution order
29 //   o Make required Analysis information available before pass P is run
30 //   o Release memory occupied by dead passes
31 //   o If Analysis information is dirtied by a pass then regenerate Analysis 
32 //     information before it is consumed by another pass.
33 //
34 // Pass Manager Infrastructure uses multiple pass managers.  They are
35 // PassManager, FunctionPassManager, MPPassManager, FPPassManager, BBPassManager.
36 // This class hierarchy uses multiple inheritance but pass managers do not
37 // derive from another pass manager.
38 //
39 // PassManager and FunctionPassManager are two top-level pass manager that
40 // represents the external interface of this entire pass manager infrastucture.
41 //
42 // Important classes :
43 //
44 // [o] class PMTopLevelManager;
45 //
46 // Two top level managers, PassManager and FunctionPassManager, derive from 
47 // PMTopLevelManager. PMTopLevelManager manages information used by top level 
48 // managers such as last user info.
49 //
50 // [o] class PMDataManager;
51 //
52 // PMDataManager manages information, e.g. list of available analysis info, 
53 // used by a pass manager to manage execution order of passes. It also provides
54 // a place to implement common pass manager APIs. All pass managers derive from
55 // PMDataManager.
56 //
57 // [o] class BBPassManager : public FunctionPass, public PMDataManager;
58 //
59 // BBPassManager manages BasicBlockPasses.
60 //
61 // [o] class FunctionPassManager;
62 //
63 // This is a external interface used by JIT to manage FunctionPasses. This
64 // interface relies on FunctionPassManagerImpl to do all the tasks.
65 //
66 // [o] class FunctionPassManagerImpl : public ModulePass, PMDataManager,
67 //                                     public PMTopLevelManager;
68 //
69 // FunctionPassManagerImpl is a top level manager. It manages FPPassManagers
70 //
71 // [o] class FPPassManager : public ModulePass, public PMDataManager;
72 //
73 // FPPassManager manages FunctionPasses and BBPassManagers
74 //
75 // [o] class MPPassManager : public Pass, public PMDataManager;
76 //
77 // MPPassManager manages ModulePasses and FPPassManagers
78 //
79 // [o] class PassManager;
80 //
81 // This is a external interface used by various tools to manages passes. It
82 // relies on PassManagerImpl to do all the tasks.
83 //
84 // [o] class PassManagerImpl : public Pass, public PMDataManager,
85 //                             public PMDTopLevelManager
86 //
87 // PassManagerImpl is a top level pass manager responsible for managing
88 // MPPassManagers.
89 //===----------------------------------------------------------------------===//
90
91 #include "llvm/Support/PrettyStackTrace.h"
92
93 namespace llvm {
94   class Module;
95   class Pass;
96   class StringRef;
97   class Value;
98
99 /// FunctionPassManager and PassManager, two top level managers, serve 
100 /// as the public interface of pass manager infrastructure.
101 enum TopLevelManagerType {
102   TLM_Function,  // FunctionPassManager
103   TLM_Pass       // PassManager
104 };
105     
106 // enums for debugging strings
107 enum PassDebuggingString {
108   EXECUTION_MSG, // "Executing Pass '"
109   MODIFICATION_MSG, // "' Made Modification '"
110   FREEING_MSG, // " Freeing Pass '"
111   ON_BASICBLOCK_MSG, // "'  on BasicBlock '" + PassName + "'...\n"
112   ON_FUNCTION_MSG, // "' on Function '" + FunctionName + "'...\n"
113   ON_MODULE_MSG, // "' on Module '" + ModuleName + "'...\n"
114   ON_LOOP_MSG, // " 'on Loop ...\n'"
115   ON_CG_MSG // "' on Call Graph ...\n'"
116 };  
117
118 /// PassManagerPrettyStackEntry - This is used to print informative information
119 /// about what pass is running when/if a stack trace is generated.
120 class PassManagerPrettyStackEntry : public PrettyStackTraceEntry {
121   Pass *P;
122   Value *V;
123   Module *M;
124 public:
125   explicit PassManagerPrettyStackEntry(Pass *p)
126     : P(p), V(0), M(0) {}  // When P is releaseMemory'd.
127   PassManagerPrettyStackEntry(Pass *p, Value &v)
128     : P(p), V(&v), M(0) {} // When P is run on V
129   PassManagerPrettyStackEntry(Pass *p, Module &m)
130     : P(p), V(0), M(&m) {} // When P is run on M
131   
132   /// print - Emit information about this stack frame to OS.
133   virtual void print(raw_ostream &OS) const;
134 };
135   
136   
137 //===----------------------------------------------------------------------===//
138 // PMStack
139 //
140 /// PMStack
141 /// Top level pass managers (see PassManager.cpp) maintain active Pass Managers 
142 /// using PMStack. Each Pass implements assignPassManager() to connect itself
143 /// with appropriate manager. assignPassManager() walks PMStack to find
144 /// suitable manager.
145 ///
146 /// PMStack is just a wrapper around standard deque that overrides pop() and
147 /// push() methods.
148 class PMStack {
149 public:
150   typedef std::deque<PMDataManager *>::reverse_iterator iterator;
151   iterator begin() { return S.rbegin(); }
152   iterator end() { return S.rend(); }
153
154   void handleLastUserOverflow();
155
156   void pop();
157   inline PMDataManager *top() { return S.back(); }
158   void push(PMDataManager *PM);
159   inline bool empty() { return S.empty(); }
160
161   void dump();
162 private:
163   std::deque<PMDataManager *> S;
164 };
165
166
167 //===----------------------------------------------------------------------===//
168 // PMTopLevelManager
169 //
170 /// PMTopLevelManager manages LastUser info and collects common APIs used by
171 /// top level pass managers.
172 class PMTopLevelManager {
173 public:
174
175   virtual unsigned getNumContainedManagers() const {
176     return (unsigned)PassManagers.size();
177   }
178
179   /// Schedule pass P for execution. Make sure that passes required by
180   /// P are run before P is run. Update analysis info maintained by
181   /// the manager. Remove dead passes. This is a recursive function.
182   void schedulePass(Pass *P);
183
184   /// This is implemented by top level pass manager and used by 
185   /// schedulePass() to add analysis info passes that are not available.
186   virtual void addTopLevelPass(Pass  *P) = 0;
187
188   /// Set pass P as the last user of the given analysis passes.
189   void setLastUser(SmallVector<Pass *, 12> &AnalysisPasses, Pass *P);
190
191   /// Collect passes whose last user is P
192   void collectLastUses(SmallVector<Pass *, 12> &LastUses, Pass *P);
193
194   /// Find the pass that implements Analysis AID. Search immutable
195   /// passes and all pass managers. If desired pass is not found
196   /// then return NULL.
197   Pass *findAnalysisPass(AnalysisID AID);
198
199   /// Find analysis usage information for the pass P.
200   AnalysisUsage *findAnalysisUsage(Pass *P);
201
202   explicit PMTopLevelManager(enum TopLevelManagerType t);
203   virtual ~PMTopLevelManager(); 
204
205   /// Add immutable pass and initialize it.
206   inline void addImmutablePass(ImmutablePass *P) {
207     P->initializePass();
208     ImmutablePasses.push_back(P);
209   }
210
211   inline SmallVector<ImmutablePass *, 8>& getImmutablePasses() {
212     return ImmutablePasses;
213   }
214
215   void addPassManager(PMDataManager *Manager) {
216     PassManagers.push_back(Manager);
217   }
218
219   // Add Manager into the list of managers that are not directly
220   // maintained by this top level pass manager
221   inline void addIndirectPassManager(PMDataManager *Manager) {
222     IndirectPassManagers.push_back(Manager);
223   }
224
225   // Print passes managed by this top level manager.
226   void dumpPasses() const;
227   void dumpArguments() const;
228
229   void initializeAllAnalysisInfo();
230
231   // Active Pass Managers
232   PMStack activeStack;
233
234 protected:
235   
236   /// Collection of pass managers
237   SmallVector<PMDataManager *, 8> PassManagers;
238
239 private:
240
241   /// Collection of pass managers that are not directly maintained
242   /// by this pass manager
243   SmallVector<PMDataManager *, 8> IndirectPassManagers;
244
245   // Map to keep track of last user of the analysis pass.
246   // LastUser->second is the last user of Lastuser->first.
247   DenseMap<Pass *, Pass *> LastUser;
248
249   // Map to keep track of passes that are last used by a pass.
250   // This inverse map is initialized at PM->run() based on
251   // LastUser map.
252   DenseMap<Pass *, SmallPtrSet<Pass *, 8> > InversedLastUser;
253
254   /// Immutable passes are managed by top level manager.
255   SmallVector<ImmutablePass *, 8> ImmutablePasses;
256
257   DenseMap<Pass *, AnalysisUsage *> AnUsageMap;
258 };
259
260
261   
262 //===----------------------------------------------------------------------===//
263 // PMDataManager
264
265 /// PMDataManager provides the common place to manage the analysis data
266 /// used by pass managers.
267 class PMDataManager {
268 public:
269
270   explicit PMDataManager(int Depth) : TPM(NULL), Depth(Depth) {
271     initializeAnalysisInfo();
272   }
273
274   virtual ~PMDataManager();
275
276   /// Augment AvailableAnalysis by adding analysis made available by pass P.
277   void recordAvailableAnalysis(Pass *P);
278
279   /// verifyPreservedAnalysis -- Verify analysis presreved by pass P.
280   void verifyPreservedAnalysis(Pass *P);
281
282   /// verifyDomInfo -- Verify dominator information if it is available.
283   void verifyDomInfo(Pass &P, Function &F);
284
285   /// Remove Analysis that is not preserved by the pass
286   void removeNotPreservedAnalysis(Pass *P);
287   
288   /// Remove dead passes used by P.
289   void removeDeadPasses(Pass *P, const StringRef &Msg, 
290                         enum PassDebuggingString);
291
292   /// Remove P.
293   void freePass(Pass *P, const StringRef &Msg, 
294                 enum PassDebuggingString);
295
296   /// Add pass P into the PassVector. Update 
297   /// AvailableAnalysis appropriately if ProcessAnalysis is true.
298   void add(Pass *P, bool ProcessAnalysis = true);
299
300   /// Add RequiredPass into list of lower level passes required by pass P.
301   /// RequiredPass is run on the fly by Pass Manager when P requests it
302   /// through getAnalysis interface.
303   virtual void addLowerLevelRequiredPass(Pass *P, Pass *RequiredPass);
304
305   virtual Pass * getOnTheFlyPass(Pass *P, const PassInfo *PI, Function &F) {
306     assert (0 && "Unable to find on the fly pass");
307     return NULL;
308   }
309
310   /// Initialize available analysis information.
311   void initializeAnalysisInfo() { 
312     AvailableAnalysis.clear();
313     for (unsigned i = 0; i < PMT_Last; ++i)
314       InheritedAnalysis[i] = NULL;
315   }
316
317   // Return true if P preserves high level analysis used by other
318   // passes that are managed by this manager.
319   bool preserveHigherLevelAnalysis(Pass *P);
320
321
322   /// Populate RequiredPasses with analysis pass that are required by
323   /// pass P and are available. Populate ReqPassNotAvailable with analysis
324   /// pass that are required by pass P but are not available.
325   void collectRequiredAnalysis(SmallVector<Pass *, 8> &RequiredPasses,
326                                SmallVector<AnalysisID, 8> &ReqPassNotAvailable,
327                                Pass *P);
328
329   /// All Required analyses should be available to the pass as it runs!  Here
330   /// we fill in the AnalysisImpls member of the pass so that it can
331   /// successfully use the getAnalysis() method to retrieve the
332   /// implementations it needs.
333   void initializeAnalysisImpl(Pass *P);
334
335   /// Find the pass that implements Analysis AID. If desired pass is not found
336   /// then return NULL.
337   Pass *findAnalysisPass(AnalysisID AID, bool Direction);
338
339   // Access toplevel manager
340   PMTopLevelManager *getTopLevelManager() { return TPM; }
341   void setTopLevelManager(PMTopLevelManager *T) { TPM = T; }
342
343   unsigned getDepth() const { return Depth; }
344
345   // Print routines used by debug-pass
346   void dumpLastUses(Pass *P, unsigned Offset) const;
347   void dumpPassArguments() const;
348   void dumpPassInfo(Pass *P, enum PassDebuggingString S1,
349                     enum PassDebuggingString S2, const StringRef &Msg);
350   void dumpRequiredSet(const Pass *P) const;
351   void dumpPreservedSet(const Pass *P) const;
352
353   virtual unsigned getNumContainedPasses() const {
354     return (unsigned)PassVector.size();
355   }
356
357   virtual PassManagerType getPassManagerType() const { 
358     assert ( 0 && "Invalid use of getPassManagerType");
359     return PMT_Unknown; 
360   }
361
362   std::map<AnalysisID, Pass*> *getAvailableAnalysis() {
363     return &AvailableAnalysis;
364   }
365
366   // Collect AvailableAnalysis from all the active Pass Managers.
367   void populateInheritedAnalysis(PMStack &PMS) {
368     unsigned Index = 0;
369     for (PMStack::iterator I = PMS.begin(), E = PMS.end();
370          I != E; ++I)
371       InheritedAnalysis[Index++] = (*I)->getAvailableAnalysis();
372   }
373
374 protected:
375
376   // Top level manager.
377   PMTopLevelManager *TPM;
378
379   // Collection of pass that are managed by this manager
380   SmallVector<Pass *, 16> PassVector;
381
382   // Collection of Analysis provided by Parent pass manager and
383   // used by current pass manager. At at time there can not be more
384   // then PMT_Last active pass mangers.
385   std::map<AnalysisID, Pass *> *InheritedAnalysis[PMT_Last];
386
387   
388   /// isPassDebuggingExecutionsOrMore - Return true if -debug-pass=Executions
389   /// or higher is specified.
390   bool isPassDebuggingExecutionsOrMore() const;
391   
392 private:
393   void dumpAnalysisUsage(const StringRef &Msg, const Pass *P,
394                            const AnalysisUsage::VectorType &Set) const;
395
396   // Set of available Analysis. This information is used while scheduling 
397   // pass. If a pass requires an analysis which is not not available then 
398   // equired analysis pass is scheduled to run before the pass itself is 
399   // scheduled to run.
400   std::map<AnalysisID, Pass*> AvailableAnalysis;
401
402   // Collection of higher level analysis used by the pass managed by
403   // this manager.
404   SmallVector<Pass *, 8> HigherLevelAnalysis;
405
406   unsigned Depth;
407 };
408
409 //===----------------------------------------------------------------------===//
410 // FPPassManager
411 //
412 /// FPPassManager manages BBPassManagers and FunctionPasses.
413 /// It batches all function passes and basic block pass managers together and 
414 /// sequence them to process one function at a time before processing next 
415 /// function.
416
417 class FPPassManager : public ModulePass, public PMDataManager {
418  
419 public:
420   static char ID;
421   explicit FPPassManager(int Depth) 
422   : ModulePass(&ID), PMDataManager(Depth) { }
423   
424   /// run - Execute all of the passes scheduled for execution.  Keep track of
425   /// whether any of the passes modifies the module, and if so, return true.
426   bool runOnFunction(Function &F);
427   bool runOnModule(Module &M);
428   
429   /// cleanup - After running all passes, clean up pass manager cache.
430   void cleanup();
431
432   /// doInitialization - Run all of the initializers for the function passes.
433   ///
434   bool doInitialization(Module &M);
435   
436   /// doFinalization - Run all of the finalizers for the function passes.
437   ///
438   bool doFinalization(Module &M);
439
440   /// Pass Manager itself does not invalidate any analysis info.
441   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
442     Info.setPreservesAll();
443   }
444
445   // Print passes managed by this manager
446   void dumpPassStructure(unsigned Offset);
447
448   virtual const char *getPassName() const {
449     return "Function Pass Manager";
450   }
451
452   FunctionPass *getContainedPass(unsigned N) {
453     assert ( N < PassVector.size() && "Pass number out of range!");
454     FunctionPass *FP = static_cast<FunctionPass *>(PassVector[N]);
455     return FP;
456   }
457
458   virtual PassManagerType getPassManagerType() const { 
459     return PMT_FunctionPassManager; 
460   }
461 };
462
463 extern void StartPassTimer(llvm::Pass *);
464 extern void StopPassTimer(llvm::Pass *);
465
466 }
467
468 #endif