8fa73a78d9b3c2ea0be4f2d590229262612223dd
[oota-llvm.git] / include / llvm / Target / TargetInstrInfo.h
1 //===-- llvm/Target/TargetInstrInfo.h - Instruction Info --------*- 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 describes the target machine instructions to the code generator.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #ifndef LLVM_TARGET_TARGETINSTRINFO_H
15 #define LLVM_TARGET_TARGETINSTRINFO_H
16
17 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
18 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
19 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
20 #include <vector>
21 #include <cassert>
22
23 namespace llvm {
24
25 class MachineInstr;
26 class TargetMachine;
27 class MachineCodeForInstruction;
28 class TargetRegisterClass;
29 class LiveVariables;
30
31 //---------------------------------------------------------------------------
32 // Data types used to define information about a single machine instruction
33 //---------------------------------------------------------------------------
34
35 typedef short MachineOpCode;
36 typedef unsigned InstrSchedClass;
37
38 //---------------------------------------------------------------------------
39 // struct TargetInstrDescriptor:
40 //  Predefined information about each machine instruction.
41 //  Designed to initialized statically.
42 //
43
44 const unsigned M_BRANCH_FLAG           = 1 << 0;
45 const unsigned M_CALL_FLAG             = 1 << 1;
46 const unsigned M_RET_FLAG              = 1 << 2;
47 const unsigned M_BARRIER_FLAG          = 1 << 3;
48 const unsigned M_DELAY_SLOT_FLAG       = 1 << 4;
49 const unsigned M_LOAD_FLAG             = 1 << 5;
50 const unsigned M_STORE_FLAG            = 1 << 6;
51
52 // M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR - This is a 2-address instruction which can be
53 // changed into a 3-address instruction if the first two operands cannot be
54 // assigned to the same register.  The target must implement the
55 // TargetInstrInfo::convertToThreeAddress method for this instruction.
56 const unsigned M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR = 1 << 7;
57
58 // This M_COMMUTABLE - is a 2- or 3-address instruction (of the form X = op Y,
59 // Z), which produces the same result if Y and Z are exchanged.
60 const unsigned M_COMMUTABLE            = 1 << 8;
61
62 // M_TERMINATOR_FLAG - Is this instruction part of the terminator for a basic
63 // block?  Typically this is things like return and branch instructions.
64 // Various passes use this to insert code into the bottom of a basic block, but
65 // before control flow occurs.
66 const unsigned M_TERMINATOR_FLAG       = 1 << 9;
67
68 // M_USES_CUSTOM_DAG_SCHED_INSERTION - Set if this instruction requires custom
69 // insertion support when the DAG scheduler is inserting it into a machine basic
70 // block.
71 const unsigned M_USES_CUSTOM_DAG_SCHED_INSERTION = 1 << 10;
72
73 // M_VARIABLE_OPS - Set if this instruction can have a variable number of extra
74 // operands in addition to the minimum number operands specified.
75 const unsigned M_VARIABLE_OPS = 1 << 11;
76
77 // M_PREDICABLE - Set if this instruction has a predicate operand that
78 // controls execution. It may be set to 'always'.
79 const unsigned M_PREDICABLE = 1 << 12;
80
81 // M_REMATERIALIZIBLE - Set if this instruction can be trivally re-materialized
82 // at any time, e.g. constant generation, load from constant pool.
83 const unsigned M_REMATERIALIZIBLE = 1 << 13;
84
85 // M_CLOBBERS_PRED - Set if this instruction may clobbers the condition code
86 // register and / or registers that are used to predicate instructions.
87 const unsigned M_CLOBBERS_PRED = 1 << 14;
88
89 // M_NOT_DUPLICABLE - Set if this instruction cannot be safely duplicated.
90 // (e.g. instructions with unique labels attached).
91 const unsigned M_NOT_DUPLICABLE = 1 << 15;
92
93 // Machine operand flags
94 // M_LOOK_UP_PTR_REG_CLASS - Set if this operand is a pointer value and it
95 // requires a callback to look up its register class.
96 const unsigned M_LOOK_UP_PTR_REG_CLASS = 1 << 0;
97
98 /// M_PREDICATE_OPERAND - Set if this is one of the operands that made up of the
99 /// predicate operand that controls an M_PREDICATED instruction.
100 const unsigned M_PREDICATE_OPERAND = 1 << 1;
101
102 namespace TOI {
103   // Operand constraints: only "tied_to" for now.
104   enum OperandConstraint {
105     TIED_TO = 0  // Must be allocated the same register as.
106   };
107 }
108
109 /// TargetOperandInfo - This holds information about one operand of a machine
110 /// instruction, indicating the register class for register operands, etc.
111 ///
112 class TargetOperandInfo {
113 public:
114   /// RegClass - This specifies the register class enumeration of the operand 
115   /// if the operand is a register.  If not, this contains 0.
116   unsigned short RegClass;
117   unsigned short Flags;
118   /// Lower 16 bits are used to specify which constraints are set. The higher 16
119   /// bits are used to specify the value of constraints (4 bits each).
120   unsigned int Constraints;
121   /// Currently no other information.
122 };
123
124
125 class TargetInstrDescriptor {
126 public:
127   MachineOpCode   Opcode;        // The opcode.
128   unsigned short  numOperands;   // Num of args (may be more if variable_ops).
129   const char *    Name;          // Assembly language mnemonic for the opcode.
130   InstrSchedClass schedClass;    // enum  identifying instr sched class
131   unsigned        Flags;         // flags identifying machine instr class
132   unsigned        TSFlags;       // Target Specific Flag values
133   const unsigned *ImplicitUses;  // Registers implicitly read by this instr
134   const unsigned *ImplicitDefs;  // Registers implicitly defined by this instr
135   const TargetOperandInfo *OpInfo; // 'numOperands' entries about operands.
136
137   /// getOperandConstraint - Returns the value of the specific constraint if
138   /// it is set. Returns -1 if it is not set.
139   int getOperandConstraint(unsigned OpNum,
140                            TOI::OperandConstraint Constraint) const {
141     assert((OpNum < numOperands || (Flags & M_VARIABLE_OPS)) &&
142            "Invalid operand # of TargetInstrInfo");
143     if (OpNum < numOperands &&
144         (OpInfo[OpNum].Constraints & (1 << Constraint))) {
145       unsigned Pos = 16 + Constraint * 4;
146       return (int)(OpInfo[OpNum].Constraints >> Pos) & 0xf;
147     }
148     return -1;
149   }
150
151   /// findTiedToSrcOperand - Returns the operand that is tied to the specified
152   /// dest operand. Returns -1 if there isn't one.
153   int findTiedToSrcOperand(unsigned OpNum) const;
154 };
155
156
157 //---------------------------------------------------------------------------
158 ///
159 /// TargetInstrInfo - Interface to description of machine instructions
160 ///
161 class TargetInstrInfo {
162   const TargetInstrDescriptor* desc;    // raw array to allow static init'n
163   unsigned NumOpcodes;                  // number of entries in the desc array
164   unsigned numRealOpCodes;              // number of non-dummy op codes
165
166   TargetInstrInfo(const TargetInstrInfo &);  // DO NOT IMPLEMENT
167   void operator=(const TargetInstrInfo &);   // DO NOT IMPLEMENT
168 public:
169   TargetInstrInfo(const TargetInstrDescriptor *desc, unsigned NumOpcodes);
170   virtual ~TargetInstrInfo();
171
172   // Invariant opcodes: All instruction sets have these as their low opcodes.
173   enum { 
174     PHI = 0,
175     INLINEASM = 1,
176     LABEL = 2
177   };
178
179   unsigned getNumOpcodes() const { return NumOpcodes; }
180
181   /// get - Return the machine instruction descriptor that corresponds to the
182   /// specified instruction opcode.
183   ///
184   const TargetInstrDescriptor& get(MachineOpCode Opcode) const {
185     assert((unsigned)Opcode < NumOpcodes);
186     return desc[Opcode];
187   }
188
189   const char *getName(MachineOpCode Opcode) const {
190     return get(Opcode).Name;
191   }
192
193   int getNumOperands(MachineOpCode Opcode) const {
194     return get(Opcode).numOperands;
195   }
196
197   InstrSchedClass getSchedClass(MachineOpCode Opcode) const {
198     return get(Opcode).schedClass;
199   }
200
201   const unsigned *getImplicitUses(MachineOpCode Opcode) const {
202     return get(Opcode).ImplicitUses;
203   }
204
205   const unsigned *getImplicitDefs(MachineOpCode Opcode) const {
206     return get(Opcode).ImplicitDefs;
207   }
208
209
210   //
211   // Query instruction class flags according to the machine-independent
212   // flags listed above.
213   //
214   bool isReturn(MachineOpCode Opcode) const {
215     return get(Opcode).Flags & M_RET_FLAG;
216   }
217
218   bool isCommutableInstr(MachineOpCode Opcode) const {
219     return get(Opcode).Flags & M_COMMUTABLE;
220   }
221   bool isTerminatorInstr(MachineOpCode Opcode) const {
222     return get(Opcode).Flags & M_TERMINATOR_FLAG;
223   }
224   
225   bool isBranch(MachineOpCode Opcode) const {
226     return get(Opcode).Flags & M_BRANCH_FLAG;
227   }
228   
229   /// isBarrier - Returns true if the specified instruction stops control flow
230   /// from executing the instruction immediately following it.  Examples include
231   /// unconditional branches and return instructions.
232   bool isBarrier(MachineOpCode Opcode) const {
233     return get(Opcode).Flags & M_BARRIER_FLAG;
234   }
235   
236   bool isCall(MachineOpCode Opcode) const {
237     return get(Opcode).Flags & M_CALL_FLAG;
238   }
239   bool isLoad(MachineOpCode Opcode) const {
240     return get(Opcode).Flags & M_LOAD_FLAG;
241   }
242   bool isStore(MachineOpCode Opcode) const {
243     return get(Opcode).Flags & M_STORE_FLAG;
244   }
245   
246   /// hasDelaySlot - Returns true if the specified instruction has a delay slot
247   /// which must be filled by the code generator.
248   bool hasDelaySlot(MachineOpCode Opcode) const {
249     return get(Opcode).Flags & M_DELAY_SLOT_FLAG;
250   }
251   
252   /// usesCustomDAGSchedInsertionHook - Return true if this instruction requires
253   /// custom insertion support when the DAG scheduler is inserting it into a
254   /// machine basic block.
255   bool usesCustomDAGSchedInsertionHook(MachineOpCode Opcode) const {
256     return get(Opcode).Flags & M_USES_CUSTOM_DAG_SCHED_INSERTION;
257   }
258
259   bool hasVariableOperands(MachineOpCode Opcode) const {
260     return get(Opcode).Flags & M_VARIABLE_OPS;
261   }
262
263   bool isPredicable(MachineOpCode Opcode) const {
264     return get(Opcode).Flags & M_PREDICABLE;
265   }
266
267   bool clobbersPredicate(MachineOpCode Opcode) const {
268     return get(Opcode).Flags & M_CLOBBERS_PRED;
269   }
270
271   bool isNotDuplicable(MachineOpCode Opcode) const {
272     return get(Opcode).Flags & M_NOT_DUPLICABLE;
273   }
274
275   /// isTriviallyReMaterializable - Return true if the instruction is trivially
276   /// rematerializable, meaning it has no side effects and requires no operands
277   /// that aren't always available.
278   bool isTriviallyReMaterializable(MachineInstr *MI) const {
279     return (MI->getInstrDescriptor()->Flags & M_REMATERIALIZIBLE) &&
280            isReallyTriviallyReMaterializable(MI);
281   }
282
283 protected:
284   /// isReallyTriviallyReMaterializable - For instructions with opcodes for
285   /// which the M_REMATERIALIZABLE flag is set, this function tests whether the
286   /// instruction itself is actually trivially rematerializable, considering
287   /// its operands.  This is used for targets that have instructions that are
288   /// only trivially rematerializable for specific uses.  This predicate must
289   /// return false if the instruction has any side effects other than
290   /// producing a value, or if it requres any address registers that are not
291   /// always available.
292   virtual bool isReallyTriviallyReMaterializable(MachineInstr *MI) const {
293     return true;
294   }
295
296 public:
297   /// getOperandConstraint - Returns the value of the specific constraint if
298   /// it is set. Returns -1 if it is not set.
299   int getOperandConstraint(MachineOpCode Opcode, unsigned OpNum,
300                            TOI::OperandConstraint Constraint) const {
301     return get(Opcode).getOperandConstraint(OpNum, Constraint);
302   }
303
304   /// Return true if the instruction is a register to register move
305   /// and leave the source and dest operands in the passed parameters.
306   virtual bool isMoveInstr(const MachineInstr& MI,
307                            unsigned& sourceReg,
308                            unsigned& destReg) const {
309     return false;
310   }
311   
312   /// isLoadFromStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
313   /// load from a stack slot, return the virtual or physical register number of
314   /// the destination along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
315   /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
316   /// any side effects other than loading from the stack slot.
317   virtual unsigned isLoadFromStackSlot(MachineInstr *MI, int &FrameIndex) const{
318     return 0;
319   }
320   
321   /// isStoreToStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
322   /// store to a stack slot, return the virtual or physical register number of
323   /// the source reg along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
324   /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
325   /// any side effects other than storing to the stack slot.
326   virtual unsigned isStoreToStackSlot(MachineInstr *MI, int &FrameIndex) const {
327     return 0;
328   }
329
330   /// convertToThreeAddress - This method must be implemented by targets that
331   /// set the M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR flag.  When this flag is set, the target
332   /// may be able to convert a two-address instruction into one or moretrue
333   /// three-address instructions on demand.  This allows the X86 target (for
334   /// example) to convert ADD and SHL instructions into LEA instructions if they
335   /// would require register copies due to two-addressness.
336   ///
337   /// This method returns a null pointer if the transformation cannot be
338   /// performed, otherwise it returns the last new instruction.
339   ///
340   virtual MachineInstr *
341   convertToThreeAddress(MachineFunction::iterator &MFI,
342                    MachineBasicBlock::iterator &MBBI, LiveVariables &LV) const {
343     return 0;
344   }
345
346   /// commuteInstruction - If a target has any instructions that are commutable,
347   /// but require converting to a different instruction or making non-trivial
348   /// changes to commute them, this method can overloaded to do this.  The
349   /// default implementation of this method simply swaps the first two operands
350   /// of MI and returns it.
351   ///
352   /// If a target wants to make more aggressive changes, they can construct and
353   /// return a new machine instruction.  If an instruction cannot commute, it
354   /// can also return null.
355   ///
356   virtual MachineInstr *commuteInstruction(MachineInstr *MI) const;
357
358   /// AnalyzeBranch - Analyze the branching code at the end of MBB, returning
359   /// true if it cannot be understood (e.g. it's a switch dispatch or isn't
360   /// implemented for a target).  Upon success, this returns false and returns
361   /// with the following information in various cases:
362   ///
363   /// 1. If this block ends with no branches (it just falls through to its succ)
364   ///    just return false, leaving TBB/FBB null.
365   /// 2. If this block ends with only an unconditional branch, it sets TBB to be
366   ///    the destination block.
367   /// 3. If this block ends with an conditional branch and it falls through to
368   ///    an successor block, it sets TBB to be the branch destination block and a
369   ///    list of operands that evaluate the condition. These
370   ///    operands can be passed to other TargetInstrInfo methods to create new
371   ///    branches.
372   /// 4. If this block ends with an conditional branch and an unconditional
373   ///    block, it returns the 'true' destination in TBB, the 'false' destination
374   ///    in FBB, and a list of operands that evaluate the condition. These
375   ///    operands can be passed to other TargetInstrInfo methods to create new
376   ///    branches.
377   ///
378   /// Note that RemoveBranch and InsertBranch must be implemented to support
379   /// cases where this method returns success.
380   ///
381   virtual bool AnalyzeBranch(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock *&TBB,
382                              MachineBasicBlock *&FBB,
383                              std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
384     return true;
385   }
386   
387   /// RemoveBranch - Remove the branching code at the end of the specific MBB.
388   /// this is only invoked in cases where AnalyzeBranch returns success. It
389   /// returns the number of instructions that were removed.
390   virtual unsigned RemoveBranch(MachineBasicBlock &MBB) const {
391     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::RemoveBranch!"); 
392     return 0;
393   }
394   
395   /// InsertBranch - Insert a branch into the end of the specified
396   /// MachineBasicBlock.  This operands to this method are the same as those
397   /// returned by AnalyzeBranch.  This is invoked in cases where AnalyzeBranch
398   /// returns success and when an unconditional branch (TBB is non-null, FBB is
399   /// null, Cond is empty) needs to be inserted. It returns the number of
400   /// instructions inserted.
401   virtual unsigned InsertBranch(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock *TBB,
402                             MachineBasicBlock *FBB,
403                             const std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
404     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::InsertBranch!"); 
405     return 0;
406   }
407   
408   /// BlockHasNoFallThrough - Return true if the specified block does not
409   /// fall-through into its successor block.  This is primarily used when a
410   /// branch is unanalyzable.  It is useful for things like unconditional
411   /// indirect branches (jump tables).
412   virtual bool BlockHasNoFallThrough(MachineBasicBlock &MBB) const {
413     return false;
414   }
415   
416   /// ReverseBranchCondition - Reverses the branch condition of the specified
417   /// condition list, returning false on success and true if it cannot be
418   /// reversed.
419   virtual bool ReverseBranchCondition(std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
420     return true;
421   }
422   
423   /// insertNoop - Insert a noop into the instruction stream at the specified
424   /// point.
425   virtual void insertNoop(MachineBasicBlock &MBB, 
426                           MachineBasicBlock::iterator MI) const {
427     assert(0 && "Target didn't implement insertNoop!");
428     abort();
429   }
430
431   /// isPredicated - Returns true if the instruction is already predicated.
432   ///
433   virtual bool isPredicated(const MachineInstr *MI) const {
434     return false;
435   }
436
437   /// isUnpredicatedTerminator - Returns true if the instruction is a
438   /// terminator instruction that has not been predicated.
439   virtual bool isUnpredicatedTerminator(const MachineInstr *MI) const;
440
441   /// PredicateInstruction - Convert the instruction into a predicated
442   /// instruction. It returns true if the operation was successful.
443   virtual
444   bool PredicateInstruction(MachineInstr *MI,
445                             const std::vector<MachineOperand> &Pred) const;
446
447   /// SubsumesPredicate - Returns true if the first specified predicate
448   /// subsumes the second, e.g. GE subsumes GT.
449   virtual
450   bool SubsumesPredicate(const std::vector<MachineOperand> &Pred1,
451                          const std::vector<MachineOperand> &Pred2) const {
452     return false;
453   }
454
455   /// getPointerRegClass - Returns a TargetRegisterClass used for pointer
456   /// values.
457   virtual const TargetRegisterClass *getPointerRegClass() const {
458     assert(0 && "Target didn't implement getPointerRegClass!");
459     abort();
460     return 0; // Must return a value in order to compile with VS 2005
461   }
462 };
463
464 } // End llvm namespace
465
466 #endif