Add target independent MachineInstr's to represent subreg insert/extract in MBB's...
[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_NOT_DUPLICABLE - Set if this instruction cannot be safely duplicated.
86 // (e.g. instructions with unique labels attached).
87 const unsigned M_NOT_DUPLICABLE = 1 << 14;
88
89 // M_HAS_OPTIONAL_DEF - Set if this instruction has an optional definition, e.g.
90 // ARM instructions which can set condition code if 's' bit is set.
91 const unsigned M_HAS_OPTIONAL_DEF = 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 /// M_OPTIONAL_DEF_OPERAND - Set if this operand is a optional def.
103 ///
104 const unsigned M_OPTIONAL_DEF_OPERAND = 1 << 2;
105
106 namespace TOI {
107   // Operand constraints: only "tied_to" for now.
108   enum OperandConstraint {
109     TIED_TO = 0  // Must be allocated the same register as.
110   };
111 }
112
113 /// TargetOperandInfo - This holds information about one operand of a machine
114 /// instruction, indicating the register class for register operands, etc.
115 ///
116 class TargetOperandInfo {
117 public:
118   /// RegClass - This specifies the register class enumeration of the operand 
119   /// if the operand is a register.  If not, this contains 0.
120   unsigned short RegClass;
121   unsigned short Flags;
122   /// Lower 16 bits are used to specify which constraints are set. The higher 16
123   /// bits are used to specify the value of constraints (4 bits each).
124   unsigned int Constraints;
125   /// Currently no other information.
126 };
127
128
129 class TargetInstrDescriptor {
130 public:
131   MachineOpCode   Opcode;        // The opcode.
132   unsigned short  numOperands;   // Num of args (may be more if variable_ops).
133   const char *    Name;          // Assembly language mnemonic for the opcode.
134   InstrSchedClass schedClass;    // enum  identifying instr sched class
135   unsigned        Flags;         // flags identifying machine instr class
136   unsigned        TSFlags;       // Target Specific Flag values
137   const unsigned *ImplicitUses;  // Registers implicitly read by this instr
138   const unsigned *ImplicitDefs;  // Registers implicitly defined by this instr
139   const TargetOperandInfo *OpInfo; // 'numOperands' entries about operands.
140
141   /// getOperandConstraint - Returns the value of the specific constraint if
142   /// it is set. Returns -1 if it is not set.
143   int getOperandConstraint(unsigned OpNum,
144                            TOI::OperandConstraint Constraint) const {
145     assert((OpNum < numOperands || (Flags & M_VARIABLE_OPS)) &&
146            "Invalid operand # of TargetInstrInfo");
147     if (OpNum < numOperands &&
148         (OpInfo[OpNum].Constraints & (1 << Constraint))) {
149       unsigned Pos = 16 + Constraint * 4;
150       return (int)(OpInfo[OpNum].Constraints >> Pos) & 0xf;
151     }
152     return -1;
153   }
154
155   /// findTiedToSrcOperand - Returns the operand that is tied to the specified
156   /// dest operand. Returns -1 if there isn't one.
157   int findTiedToSrcOperand(unsigned OpNum) const;
158 };
159
160
161 //---------------------------------------------------------------------------
162 ///
163 /// TargetInstrInfo - Interface to description of machine instructions
164 ///
165 class TargetInstrInfo {
166   const TargetInstrDescriptor* desc;    // raw array to allow static init'n
167   unsigned NumOpcodes;                  // number of entries in the desc array
168   unsigned numRealOpCodes;              // number of non-dummy op codes
169
170   TargetInstrInfo(const TargetInstrInfo &);  // DO NOT IMPLEMENT
171   void operator=(const TargetInstrInfo &);   // DO NOT IMPLEMENT
172 public:
173   TargetInstrInfo(const TargetInstrDescriptor *desc, unsigned NumOpcodes);
174   virtual ~TargetInstrInfo();
175
176   // Invariant opcodes: All instruction sets have these as their low opcodes.
177   enum { 
178     PHI = 0,
179     INLINEASM = 1,
180     LABEL = 2,
181     EXTRACT_SUBREG = 3,
182     INSERT_SUBREG = 4
183   };
184
185   unsigned getNumOpcodes() const { return NumOpcodes; }
186
187   /// get - Return the machine instruction descriptor that corresponds to the
188   /// specified instruction opcode.
189   ///
190   const TargetInstrDescriptor& get(MachineOpCode Opcode) const {
191     assert((unsigned)Opcode < NumOpcodes);
192     return desc[Opcode];
193   }
194
195   const char *getName(MachineOpCode Opcode) const {
196     return get(Opcode).Name;
197   }
198
199   int getNumOperands(MachineOpCode Opcode) const {
200     return get(Opcode).numOperands;
201   }
202
203   InstrSchedClass getSchedClass(MachineOpCode Opcode) const {
204     return get(Opcode).schedClass;
205   }
206
207   const unsigned *getImplicitUses(MachineOpCode Opcode) const {
208     return get(Opcode).ImplicitUses;
209   }
210
211   const unsigned *getImplicitDefs(MachineOpCode Opcode) const {
212     return get(Opcode).ImplicitDefs;
213   }
214
215
216   //
217   // Query instruction class flags according to the machine-independent
218   // flags listed above.
219   //
220   bool isReturn(MachineOpCode Opcode) const {
221     return get(Opcode).Flags & M_RET_FLAG;
222   }
223
224   bool isCommutableInstr(MachineOpCode Opcode) const {
225     return get(Opcode).Flags & M_COMMUTABLE;
226   }
227   bool isTerminatorInstr(MachineOpCode Opcode) const {
228     return get(Opcode).Flags & M_TERMINATOR_FLAG;
229   }
230   
231   bool isBranch(MachineOpCode Opcode) const {
232     return get(Opcode).Flags & M_BRANCH_FLAG;
233   }
234   
235   /// isBarrier - Returns true if the specified instruction stops control flow
236   /// from executing the instruction immediately following it.  Examples include
237   /// unconditional branches and return instructions.
238   bool isBarrier(MachineOpCode Opcode) const {
239     return get(Opcode).Flags & M_BARRIER_FLAG;
240   }
241   
242   bool isCall(MachineOpCode Opcode) const {
243     return get(Opcode).Flags & M_CALL_FLAG;
244   }
245   bool isLoad(MachineOpCode Opcode) const {
246     return get(Opcode).Flags & M_LOAD_FLAG;
247   }
248   bool isStore(MachineOpCode Opcode) const {
249     return get(Opcode).Flags & M_STORE_FLAG;
250   }
251   
252   /// hasDelaySlot - Returns true if the specified instruction has a delay slot
253   /// which must be filled by the code generator.
254   bool hasDelaySlot(MachineOpCode Opcode) const {
255     return get(Opcode).Flags & M_DELAY_SLOT_FLAG;
256   }
257   
258   /// usesCustomDAGSchedInsertionHook - Return true if this instruction requires
259   /// custom insertion support when the DAG scheduler is inserting it into a
260   /// machine basic block.
261   bool usesCustomDAGSchedInsertionHook(MachineOpCode Opcode) const {
262     return get(Opcode).Flags & M_USES_CUSTOM_DAG_SCHED_INSERTION;
263   }
264
265   bool hasVariableOperands(MachineOpCode Opcode) const {
266     return get(Opcode).Flags & M_VARIABLE_OPS;
267   }
268
269   bool isPredicable(MachineOpCode Opcode) const {
270     return get(Opcode).Flags & M_PREDICABLE;
271   }
272
273   bool isNotDuplicable(MachineOpCode Opcode) const {
274     return get(Opcode).Flags & M_NOT_DUPLICABLE;
275   }
276
277   bool hasOptionalDef(MachineOpCode Opcode) const {
278     return get(Opcode).Flags & M_HAS_OPTIONAL_DEF;
279   }
280
281   /// isTriviallyReMaterializable - Return true if the instruction is trivially
282   /// rematerializable, meaning it has no side effects and requires no operands
283   /// that aren't always available.
284   bool isTriviallyReMaterializable(MachineInstr *MI) const {
285     return (MI->getInstrDescriptor()->Flags & M_REMATERIALIZIBLE) &&
286            isReallyTriviallyReMaterializable(MI);
287   }
288
289 protected:
290   /// isReallyTriviallyReMaterializable - For instructions with opcodes for
291   /// which the M_REMATERIALIZABLE flag is set, this function tests whether the
292   /// instruction itself is actually trivially rematerializable, considering
293   /// its operands.  This is used for targets that have instructions that are
294   /// only trivially rematerializable for specific uses.  This predicate must
295   /// return false if the instruction has any side effects other than
296   /// producing a value, or if it requres any address registers that are not
297   /// always available.
298   virtual bool isReallyTriviallyReMaterializable(MachineInstr *MI) const {
299     return true;
300   }
301
302 public:
303   /// getOperandConstraint - Returns the value of the specific constraint if
304   /// it is set. Returns -1 if it is not set.
305   int getOperandConstraint(MachineOpCode Opcode, unsigned OpNum,
306                            TOI::OperandConstraint Constraint) const {
307     return get(Opcode).getOperandConstraint(OpNum, Constraint);
308   }
309
310   /// Return true if the instruction is a register to register move
311   /// and leave the source and dest operands in the passed parameters.
312   virtual bool isMoveInstr(const MachineInstr& MI,
313                            unsigned& sourceReg,
314                            unsigned& destReg) const {
315     return false;
316   }
317   
318   /// isLoadFromStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
319   /// load from a stack slot, return the virtual or physical register number of
320   /// the destination along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
321   /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
322   /// any side effects other than loading from the stack slot.
323   virtual unsigned isLoadFromStackSlot(MachineInstr *MI, int &FrameIndex) const{
324     return 0;
325   }
326   
327   /// isStoreToStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
328   /// store to a stack slot, return the virtual or physical register number of
329   /// the source reg along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
330   /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
331   /// any side effects other than storing to the stack slot.
332   virtual unsigned isStoreToStackSlot(MachineInstr *MI, int &FrameIndex) const {
333     return 0;
334   }
335
336   /// convertToThreeAddress - This method must be implemented by targets that
337   /// set the M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR flag.  When this flag is set, the target
338   /// may be able to convert a two-address instruction into one or more true
339   /// three-address instructions on demand.  This allows the X86 target (for
340   /// example) to convert ADD and SHL instructions into LEA instructions if they
341   /// would require register copies due to two-addressness.
342   ///
343   /// This method returns a null pointer if the transformation cannot be
344   /// performed, otherwise it returns the last new instruction.
345   ///
346   virtual MachineInstr *
347   convertToThreeAddress(MachineFunction::iterator &MFI,
348                    MachineBasicBlock::iterator &MBBI, LiveVariables &LV) const {
349     return 0;
350   }
351
352   /// commuteInstruction - If a target has any instructions that are commutable,
353   /// but require converting to a different instruction or making non-trivial
354   /// changes to commute them, this method can overloaded to do this.  The
355   /// default implementation of this method simply swaps the first two operands
356   /// of MI and returns it.
357   ///
358   /// If a target wants to make more aggressive changes, they can construct and
359   /// return a new machine instruction.  If an instruction cannot commute, it
360   /// can also return null.
361   ///
362   virtual MachineInstr *commuteInstruction(MachineInstr *MI) const;
363
364   /// AnalyzeBranch - Analyze the branching code at the end of MBB, returning
365   /// true if it cannot be understood (e.g. it's a switch dispatch or isn't
366   /// implemented for a target).  Upon success, this returns false and returns
367   /// with the following information in various cases:
368   ///
369   /// 1. If this block ends with no branches (it just falls through to its succ)
370   ///    just return false, leaving TBB/FBB null.
371   /// 2. If this block ends with only an unconditional branch, it sets TBB to be
372   ///    the destination block.
373   /// 3. If this block ends with an conditional branch and it falls through to
374   ///    an successor block, it sets TBB to be the branch destination block and a
375   ///    list of operands that evaluate the condition. These
376   ///    operands can be passed to other TargetInstrInfo methods to create new
377   ///    branches.
378   /// 4. If this block ends with an conditional branch and an unconditional
379   ///    block, it returns the 'true' destination in TBB, the 'false' destination
380   ///    in FBB, and a list of operands that evaluate the condition. These
381   ///    operands can be passed to other TargetInstrInfo methods to create new
382   ///    branches.
383   ///
384   /// Note that RemoveBranch and InsertBranch must be implemented to support
385   /// cases where this method returns success.
386   ///
387   virtual bool AnalyzeBranch(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock *&TBB,
388                              MachineBasicBlock *&FBB,
389                              std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
390     return true;
391   }
392   
393   /// RemoveBranch - Remove the branching code at the end of the specific MBB.
394   /// this is only invoked in cases where AnalyzeBranch returns success. It
395   /// returns the number of instructions that were removed.
396   virtual unsigned RemoveBranch(MachineBasicBlock &MBB) const {
397     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::RemoveBranch!"); 
398     return 0;
399   }
400   
401   /// InsertBranch - Insert a branch into the end of the specified
402   /// MachineBasicBlock.  This operands to this method are the same as those
403   /// returned by AnalyzeBranch.  This is invoked in cases where AnalyzeBranch
404   /// returns success and when an unconditional branch (TBB is non-null, FBB is
405   /// null, Cond is empty) needs to be inserted. It returns the number of
406   /// instructions inserted.
407   virtual unsigned InsertBranch(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock *TBB,
408                             MachineBasicBlock *FBB,
409                             const std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
410     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::InsertBranch!"); 
411     return 0;
412   }
413   
414   /// BlockHasNoFallThrough - Return true if the specified block does not
415   /// fall-through into its successor block.  This is primarily used when a
416   /// branch is unanalyzable.  It is useful for things like unconditional
417   /// indirect branches (jump tables).
418   virtual bool BlockHasNoFallThrough(MachineBasicBlock &MBB) const {
419     return false;
420   }
421   
422   /// ReverseBranchCondition - Reverses the branch condition of the specified
423   /// condition list, returning false on success and true if it cannot be
424   /// reversed.
425   virtual bool ReverseBranchCondition(std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
426     return true;
427   }
428   
429   /// insertNoop - Insert a noop into the instruction stream at the specified
430   /// point.
431   virtual void insertNoop(MachineBasicBlock &MBB, 
432                           MachineBasicBlock::iterator MI) const {
433     assert(0 && "Target didn't implement insertNoop!");
434     abort();
435   }
436
437   /// isPredicated - Returns true if the instruction is already predicated.
438   ///
439   virtual bool isPredicated(const MachineInstr *MI) const {
440     return false;
441   }
442
443   /// isUnpredicatedTerminator - Returns true if the instruction is a
444   /// terminator instruction that has not been predicated.
445   virtual bool isUnpredicatedTerminator(const MachineInstr *MI) const;
446
447   /// PredicateInstruction - Convert the instruction into a predicated
448   /// instruction. It returns true if the operation was successful.
449   virtual
450   bool PredicateInstruction(MachineInstr *MI,
451                             const std::vector<MachineOperand> &Pred) const;
452
453   /// SubsumesPredicate - Returns true if the first specified predicate
454   /// subsumes the second, e.g. GE subsumes GT.
455   virtual
456   bool SubsumesPredicate(const std::vector<MachineOperand> &Pred1,
457                          const std::vector<MachineOperand> &Pred2) const {
458     return false;
459   }
460
461   /// DefinesPredicate - If the specified instruction defines any predicate
462   /// or condition code register(s) used for predication, returns true as well
463   /// as the definition predicate(s) by reference.
464   virtual bool DefinesPredicate(MachineInstr *MI,
465                                 std::vector<MachineOperand> &Pred) const {
466     return false;
467   }
468
469   /// getPointerRegClass - Returns a TargetRegisterClass used for pointer
470   /// values.
471   virtual const TargetRegisterClass *getPointerRegClass() const {
472     assert(0 && "Target didn't implement getPointerRegClass!");
473     abort();
474     return 0; // Must return a value in order to compile with VS 2005
475   }
476 };
477
478 } // End llvm namespace
479
480 #endif