e918091b4a06597aab65bcccf04fc1643f4f9f76
[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/Pass.h"
18 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
20 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
21 #include <vector>
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   class Timer;
99   class PMDataManager;
100
101 // enums for debugging strings
102 enum PassDebuggingString {
103   EXECUTION_MSG, // "Executing Pass '"
104   MODIFICATION_MSG, // "' Made Modification '"
105   FREEING_MSG, // " Freeing Pass '"
106   ON_BASICBLOCK_MSG, // "'  on BasicBlock '" + PassName + "'...\n"
107   ON_FUNCTION_MSG, // "' on Function '" + FunctionName + "'...\n"
108   ON_MODULE_MSG, // "' on Module '" + ModuleName + "'...\n"
109   ON_LOOP_MSG, // " 'on Loop ...\n'"
110   ON_CG_MSG // "' on Call Graph ...\n'"
111 };  
112
113 /// PassManagerPrettyStackEntry - This is used to print informative information
114 /// about what pass is running when/if a stack trace is generated.
115 class PassManagerPrettyStackEntry : public PrettyStackTraceEntry {
116   Pass *P;
117   Value *V;
118   Module *M;
119 public:
120   explicit PassManagerPrettyStackEntry(Pass *p)
121     : P(p), V(0), M(0) {}  // When P is releaseMemory'd.
122   PassManagerPrettyStackEntry(Pass *p, Value &v)
123     : P(p), V(&v), M(0) {} // When P is run on V
124   PassManagerPrettyStackEntry(Pass *p, Module &m)
125     : P(p), V(0), M(&m) {} // When P is run on M
126   
127   /// print - Emit information about this stack frame to OS.
128   virtual void print(raw_ostream &OS) const;
129 };
130   
131   
132 //===----------------------------------------------------------------------===//
133 // PMStack
134 //
135 /// PMStack - This class implements a stack data structure of PMDataManager
136 /// pointers.
137 ///
138 /// Top level pass managers (see PassManager.cpp) maintain active Pass Managers 
139 /// using PMStack. Each Pass implements assignPassManager() to connect itself
140 /// with appropriate manager. assignPassManager() walks PMStack to find
141 /// suitable manager.
142 class PMStack {
143 public:
144   typedef std::vector<PMDataManager *>::const_reverse_iterator iterator;
145   iterator begin() const { return S.rbegin(); }
146   iterator end() const { return S.rend(); }
147
148   void pop();
149   PMDataManager *top() const { return S.back(); }
150   void push(PMDataManager *PM);
151   bool empty() const { return S.empty(); }
152
153   void dump() const;
154
155 private:
156   std::vector<PMDataManager *> S;
157 };
158
159
160 //===----------------------------------------------------------------------===//
161 // PMTopLevelManager
162 //
163 /// PMTopLevelManager manages LastUser info and collects common APIs used by
164 /// top level pass managers.
165 class PMTopLevelManager {
166 public:
167
168   virtual unsigned getNumContainedManagers() const {
169     return (unsigned)PassManagers.size();
170   }
171
172   /// Schedule pass P for execution. Make sure that passes required by
173   /// P are run before P is run. Update analysis info maintained by
174   /// the manager. Remove dead passes. This is a recursive function.
175   void schedulePass(Pass *P);
176
177   /// This is implemented by top level pass manager and used by 
178   /// schedulePass() to add analysis info passes that are not available.
179   virtual void addTopLevelPass(Pass  *P) = 0;
180
181   /// Set pass P as the last user of the given analysis passes.
182   void setLastUser(SmallVector<Pass *, 12> &AnalysisPasses, Pass *P);
183
184   /// Collect passes whose last user is P
185   void collectLastUses(SmallVector<Pass *, 12> &LastUses, Pass *P);
186
187   /// Find the pass that implements Analysis AID. Search immutable
188   /// passes and all pass managers. If desired pass is not found
189   /// then return NULL.
190   Pass *findAnalysisPass(AnalysisID AID);
191
192   /// Find analysis usage information for the pass P.
193   AnalysisUsage *findAnalysisUsage(Pass *P);
194
195   explicit PMTopLevelManager(PMDataManager *PMDM);
196   virtual ~PMTopLevelManager(); 
197
198   /// Add immutable pass and initialize it.
199   inline void addImmutablePass(ImmutablePass *P) {
200     P->initializePass();
201     ImmutablePasses.push_back(P);
202   }
203
204   inline SmallVector<ImmutablePass *, 8>& getImmutablePasses() {
205     return ImmutablePasses;
206   }
207
208   void addPassManager(PMDataManager *Manager) {
209     PassManagers.push_back(Manager);
210   }
211
212   // Add Manager into the list of managers that are not directly
213   // maintained by this top level pass manager
214   inline void addIndirectPassManager(PMDataManager *Manager) {
215     IndirectPassManagers.push_back(Manager);
216   }
217
218   // Print passes managed by this top level manager.
219   void dumpPasses() const;
220   void dumpArguments() const;
221
222   void initializeAllAnalysisInfo();
223
224   // Active Pass Managers
225   PMStack activeStack;
226
227 protected:
228   
229   /// Collection of pass managers
230   SmallVector<PMDataManager *, 8> PassManagers;
231
232 private:
233
234   /// Collection of pass managers that are not directly maintained
235   /// by this pass manager
236   SmallVector<PMDataManager *, 8> IndirectPassManagers;
237
238   // Map to keep track of last user of the analysis pass.
239   // LastUser->second is the last user of Lastuser->first.
240   DenseMap<Pass *, Pass *> LastUser;
241
242   // Map to keep track of passes that are last used by a pass.
243   // This inverse map is initialized at PM->run() based on
244   // LastUser map.
245   DenseMap<Pass *, SmallPtrSet<Pass *, 8> > InversedLastUser;
246
247   /// Immutable passes are managed by top level manager.
248   SmallVector<ImmutablePass *, 8> ImmutablePasses;
249
250   DenseMap<Pass *, AnalysisUsage *> AnUsageMap;
251 };
252
253
254   
255 //===----------------------------------------------------------------------===//
256 // PMDataManager
257
258 /// PMDataManager provides the common place to manage the analysis data
259 /// used by pass managers.
260 class PMDataManager {
261 public:
262
263   explicit PMDataManager(int Depth) : TPM(NULL), Depth(Depth) {
264     initializeAnalysisInfo();
265   }
266
267   virtual ~PMDataManager();
268   
269   virtual Pass *getAsPass() = 0;
270
271   /// Augment AvailableAnalysis by adding analysis made available by pass P.
272   void recordAvailableAnalysis(Pass *P);
273
274   /// verifyPreservedAnalysis -- Verify analysis presreved by pass P.
275   void verifyPreservedAnalysis(Pass *P);
276
277   /// Remove Analysis that is not preserved by the pass
278   void removeNotPreservedAnalysis(Pass *P);
279   
280   /// Remove dead passes used by P.
281   void removeDeadPasses(Pass *P, StringRef Msg, 
282                         enum PassDebuggingString);
283
284   /// Remove P.
285   void freePass(Pass *P, StringRef Msg, 
286                 enum PassDebuggingString);
287
288   /// Add pass P into the PassVector. Update 
289   /// AvailableAnalysis appropriately if ProcessAnalysis is true.
290   void add(Pass *P, bool ProcessAnalysis = true);
291
292   /// Add RequiredPass into list of lower level passes required by pass P.
293   /// RequiredPass is run on the fly by Pass Manager when P requests it
294   /// through getAnalysis interface.
295   virtual void addLowerLevelRequiredPass(Pass *P, Pass *RequiredPass);
296
297   virtual Pass *getOnTheFlyPass(Pass *P, AnalysisID PI, Function &F);
298
299   /// Initialize available analysis information.
300   void initializeAnalysisInfo() { 
301     AvailableAnalysis.clear();
302     for (unsigned i = 0; i < PMT_Last; ++i)
303       InheritedAnalysis[i] = NULL;
304   }
305
306   // Return true if P preserves high level analysis used by other
307   // passes that are managed by this manager.
308   bool preserveHigherLevelAnalysis(Pass *P);
309
310
311   /// Populate RequiredPasses with analysis pass that are required by
312   /// pass P and are available. Populate ReqPassNotAvailable with analysis
313   /// pass that are required by pass P but are not available.
314   void collectRequiredAnalysis(SmallVector<Pass *, 8> &RequiredPasses,
315                                SmallVector<AnalysisID, 8> &ReqPassNotAvailable,
316                                Pass *P);
317
318   /// All Required analyses should be available to the pass as it runs!  Here
319   /// we fill in the AnalysisImpls member of the pass so that it can
320   /// successfully use the getAnalysis() method to retrieve the
321   /// implementations it needs.
322   void initializeAnalysisImpl(Pass *P);
323
324   /// Find the pass that implements Analysis AID. If desired pass is not found
325   /// then return NULL.
326   Pass *findAnalysisPass(AnalysisID AID, bool Direction);
327
328   // Access toplevel manager
329   PMTopLevelManager *getTopLevelManager() { return TPM; }
330   void setTopLevelManager(PMTopLevelManager *T) { TPM = T; }
331
332   unsigned getDepth() const { return Depth; }
333
334   // Print routines used by debug-pass
335   void dumpLastUses(Pass *P, unsigned Offset) const;
336   void dumpPassArguments() const;
337   void dumpPassInfo(Pass *P, enum PassDebuggingString S1,
338                     enum PassDebuggingString S2, StringRef Msg);
339   void dumpRequiredSet(const Pass *P) const;
340   void dumpPreservedSet(const Pass *P) const;
341
342   virtual unsigned getNumContainedPasses() const {
343     return (unsigned)PassVector.size();
344   }
345
346   virtual PassManagerType getPassManagerType() const { 
347     assert ( 0 && "Invalid use of getPassManagerType");
348     return PMT_Unknown; 
349   }
350
351   std::map<AnalysisID, Pass*> *getAvailableAnalysis() {
352     return &AvailableAnalysis;
353   }
354
355   // Collect AvailableAnalysis from all the active Pass Managers.
356   void populateInheritedAnalysis(PMStack &PMS) {
357     unsigned Index = 0;
358     for (PMStack::iterator I = PMS.begin(), E = PMS.end();
359          I != E; ++I)
360       InheritedAnalysis[Index++] = (*I)->getAvailableAnalysis();
361   }
362
363 protected:
364
365   // Top level manager.
366   PMTopLevelManager *TPM;
367
368   // Collection of pass that are managed by this manager
369   SmallVector<Pass *, 16> PassVector;
370
371   // Collection of Analysis provided by Parent pass manager and
372   // used by current pass manager. At at time there can not be more
373   // then PMT_Last active pass mangers.
374   std::map<AnalysisID, Pass *> *InheritedAnalysis[PMT_Last];
375
376   
377   /// isPassDebuggingExecutionsOrMore - Return true if -debug-pass=Executions
378   /// or higher is specified.
379   bool isPassDebuggingExecutionsOrMore() const;
380   
381 private:
382   void dumpAnalysisUsage(StringRef Msg, const Pass *P,
383                          const AnalysisUsage::VectorType &Set) const;
384
385   // Set of available Analysis. This information is used while scheduling 
386   // pass. If a pass requires an analysis which is not available then 
387   // the required analysis pass is scheduled to run before the pass itself is
388   // scheduled to run.
389   std::map<AnalysisID, Pass*> AvailableAnalysis;
390
391   // Collection of higher level analysis used by the pass managed by
392   // this manager.
393   SmallVector<Pass *, 8> HigherLevelAnalysis;
394
395   unsigned Depth;
396 };
397
398 //===----------------------------------------------------------------------===//
399 // FPPassManager
400 //
401 /// FPPassManager manages BBPassManagers and FunctionPasses.
402 /// It batches all function passes and basic block pass managers together and 
403 /// sequence them to process one function at a time before processing next 
404 /// function.
405 class FPPassManager : public ModulePass, public PMDataManager {
406 public:
407   static char ID;
408   explicit FPPassManager(int Depth) 
409   : ModulePass(ID), PMDataManager(Depth) { }
410   
411   /// run - Execute all of the passes scheduled for execution.  Keep track of
412   /// whether any of the passes modifies the module, and if so, return true.
413   bool runOnFunction(Function &F);
414   bool runOnModule(Module &M);
415   
416   /// cleanup - After running all passes, clean up pass manager cache.
417   void cleanup();
418
419   /// doInitialization - Run all of the initializers for the function passes.
420   ///
421   bool doInitialization(Module &M);
422   
423   /// doFinalization - Run all of the finalizers for the function passes.
424   ///
425   bool doFinalization(Module &M);
426
427   virtual PMDataManager *getAsPMDataManager() { return this; }
428   virtual Pass *getAsPass() { return this; }
429
430   /// Pass Manager itself does not invalidate any analysis info.
431   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &Info) const {
432     Info.setPreservesAll();
433   }
434
435   // Print passes managed by this manager
436   void dumpPassStructure(unsigned Offset);
437
438   virtual const char *getPassName() const {
439     return "Function Pass Manager";
440   }
441
442   FunctionPass *getContainedPass(unsigned N) {
443     assert ( N < PassVector.size() && "Pass number out of range!");
444     FunctionPass *FP = static_cast<FunctionPass *>(PassVector[N]);
445     return FP;
446   }
447
448   virtual PassManagerType getPassManagerType() const { 
449     return PMT_FunctionPassManager; 
450   }
451 };
452
453 Timer *getPassTimer(Pass *);
454
455 }
456
457 #endif