Add flags to indicate that there are "never" side effects or that there "may be"
[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 TargetRegisterClass;
28 class LiveVariables;
29
30 //---------------------------------------------------------------------------
31 // Data types used to define information about a single machine instruction
32 //---------------------------------------------------------------------------
33
34 typedef short MachineOpCode;
35 typedef unsigned InstrSchedClass;
36
37 //---------------------------------------------------------------------------
38 // struct TargetInstrDescriptor:
39 //  Predefined information about each machine instruction.
40 //  Designed to initialized statically.
41 //
42
43 const unsigned M_BRANCH_FLAG           = 1 << 0;
44 const unsigned M_CALL_FLAG             = 1 << 1;
45 const unsigned M_RET_FLAG              = 1 << 2;
46 const unsigned M_BARRIER_FLAG          = 1 << 3;
47 const unsigned M_DELAY_SLOT_FLAG       = 1 << 4;
48 const unsigned M_LOAD_FLAG             = 1 << 5;
49 const unsigned M_STORE_FLAG            = 1 << 6;
50 const unsigned M_INDIRECT_FLAG         = 1 << 7;
51 const unsigned M_IMPLICIT_DEF_FLAG     = 1 << 8;
52
53 // M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR - This is a 2-address instruction which can be
54 // changed into a 3-address instruction if the first two operands cannot be
55 // assigned to the same register.  The target must implement the
56 // TargetInstrInfo::convertToThreeAddress method for this instruction.
57 const unsigned M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR = 1 << 9;
58
59 // This M_COMMUTABLE - is a 2- or 3-address instruction (of the form X = op Y,
60 // Z), which produces the same result if Y and Z are exchanged.
61 const unsigned M_COMMUTABLE            = 1 << 10;
62
63 // M_TERMINATOR_FLAG - Is this instruction part of the terminator for a basic
64 // block?  Typically this is things like return and branch instructions.
65 // Various passes use this to insert code into the bottom of a basic block, but
66 // before control flow occurs.
67 const unsigned M_TERMINATOR_FLAG       = 1 << 11;
68
69 // M_USES_CUSTOM_DAG_SCHED_INSERTION - Set if this instruction requires custom
70 // insertion support when the DAG scheduler is inserting it into a machine basic
71 // block.
72 const unsigned M_USES_CUSTOM_DAG_SCHED_INSERTION = 1 << 12;
73
74 // M_VARIABLE_OPS - Set if this instruction can have a variable number of extra
75 // operands in addition to the minimum number operands specified.
76 const unsigned M_VARIABLE_OPS          = 1 << 13;
77
78 // M_PREDICABLE - Set if this instruction has a predicate operand that
79 // controls execution. It may be set to 'always'.
80 const unsigned M_PREDICABLE            = 1 << 14;
81
82 // M_REMATERIALIZIBLE - Set if this instruction can be trivally re-materialized
83 // at any time, e.g. constant generation, load from constant pool.
84 const unsigned M_REMATERIALIZIBLE      = 1 << 15;
85
86 // M_NOT_DUPLICABLE - Set if this instruction cannot be safely duplicated.
87 // (e.g. instructions with unique labels attached).
88 const unsigned M_NOT_DUPLICABLE        = 1 << 16;
89
90 // M_HAS_OPTIONAL_DEF - Set if this instruction has an optional definition, e.g.
91 // ARM instructions which can set condition code if 's' bit is set.
92 const unsigned M_HAS_OPTIONAL_DEF      = 1 << 17;
93
94 // M_MAY_HAVE_SIDE_EFFECTS - Set if this instruction *might* have side effects,
95 // e.g. load instructions. Note: This and M_NEVER_HAS_SIDE_EFFECTS are mutually
96 // exclusive. You can't set both! If neither flag is set, then the instruction
97 // *always* has side effects.
98 const unsigned M_MAY_HAVE_SIDE_EFFECTS = 1 << 18;
99
100 // M_NEVER_HAS_SIDE_EFFECTS - Set if this instruction *never* has side effects,
101 // e.g., xor on X86.  Note: This and M_MAY_HAVE_SIDE_EFFECTS are mutually
102 // exclusive. You can't set both! If neither flag is set, then the instruction
103 // *always* has side effects.
104 const unsigned M_NEVER_HAS_SIDE_EFFECTS = 1 << 19;
105
106 // Machine operand flags
107 // M_LOOK_UP_PTR_REG_CLASS - Set if this operand is a pointer value and it
108 // requires a callback to look up its register class.
109 const unsigned M_LOOK_UP_PTR_REG_CLASS = 1 << 0;
110
111 /// M_PREDICATE_OPERAND - Set if this is one of the operands that made up of the
112 /// predicate operand that controls an M_PREDICATED instruction.
113 const unsigned M_PREDICATE_OPERAND = 1 << 1;
114
115 /// M_OPTIONAL_DEF_OPERAND - Set if this operand is a optional def.
116 ///
117 const unsigned M_OPTIONAL_DEF_OPERAND = 1 << 2;
118
119 namespace TOI {
120   // Operand constraints: only "tied_to" for now.
121   enum OperandConstraint {
122     TIED_TO = 0  // Must be allocated the same register as.
123   };
124 }
125
126 /// TargetOperandInfo - This holds information about one operand of a machine
127 /// instruction, indicating the register class for register operands, etc.
128 ///
129 class TargetOperandInfo {
130 public:
131   /// RegClass - This specifies the register class enumeration of the operand 
132   /// if the operand is a register.  If not, this contains 0.
133   unsigned short RegClass;
134   unsigned short Flags;
135   /// Lower 16 bits are used to specify which constraints are set. The higher 16
136   /// bits are used to specify the value of constraints (4 bits each).
137   unsigned int Constraints;
138   /// Currently no other information.
139 };
140
141
142 class TargetInstrDescriptor {
143 public:
144   MachineOpCode   Opcode;        // The opcode.
145   unsigned short  numOperands;   // Num of args (may be more if variable_ops).
146   unsigned short  numDefs;       // Num of args that are definitions.
147   const char *    Name;          // Assembly language mnemonic for the opcode.
148   InstrSchedClass schedClass;    // enum  identifying instr sched class
149   unsigned        Flags;         // flags identifying machine instr class
150   unsigned        TSFlags;       // Target Specific Flag values
151   const unsigned *ImplicitUses;  // Registers implicitly read by this instr
152   const unsigned *ImplicitDefs;  // Registers implicitly defined by this instr
153   const TargetOperandInfo *OpInfo; // 'numOperands' entries about operands.
154
155   /// getOperandConstraint - Returns the value of the specific constraint if
156   /// it is set. Returns -1 if it is not set.
157   int getOperandConstraint(unsigned OpNum,
158                            TOI::OperandConstraint Constraint) const {
159     assert((OpNum < numOperands || (Flags & M_VARIABLE_OPS)) &&
160            "Invalid operand # of TargetInstrInfo");
161     if (OpNum < numOperands &&
162         (OpInfo[OpNum].Constraints & (1 << Constraint))) {
163       unsigned Pos = 16 + Constraint * 4;
164       return (int)(OpInfo[OpNum].Constraints >> Pos) & 0xf;
165     }
166     return -1;
167   }
168
169   /// findTiedToSrcOperand - Returns the operand that is tied to the specified
170   /// dest operand. Returns -1 if there isn't one.
171   int findTiedToSrcOperand(unsigned OpNum) const;
172 };
173
174
175 //---------------------------------------------------------------------------
176 ///
177 /// TargetInstrInfo - Interface to description of machine instructions
178 ///
179 class TargetInstrInfo {
180   const TargetInstrDescriptor* desc;    // raw array to allow static init'n
181   unsigned NumOpcodes;                  // number of entries in the desc array
182   unsigned numRealOpCodes;              // number of non-dummy op codes
183
184   TargetInstrInfo(const TargetInstrInfo &);  // DO NOT IMPLEMENT
185   void operator=(const TargetInstrInfo &);   // DO NOT IMPLEMENT
186 public:
187   TargetInstrInfo(const TargetInstrDescriptor *desc, unsigned NumOpcodes);
188   virtual ~TargetInstrInfo();
189
190   // Invariant opcodes: All instruction sets have these as their low opcodes.
191   enum { 
192     PHI = 0,
193     INLINEASM = 1,
194     LABEL = 2,
195     EXTRACT_SUBREG = 3,
196     INSERT_SUBREG = 4
197   };
198
199   unsigned getNumOpcodes() const { return NumOpcodes; }
200
201   /// get - Return the machine instruction descriptor that corresponds to the
202   /// specified instruction opcode.
203   ///
204   const TargetInstrDescriptor& get(MachineOpCode Opcode) const {
205     assert((unsigned)Opcode < NumOpcodes);
206     return desc[Opcode];
207   }
208
209   const char *getName(MachineOpCode Opcode) const {
210     return get(Opcode).Name;
211   }
212
213   int getNumOperands(MachineOpCode Opcode) const {
214     return get(Opcode).numOperands;
215   }
216
217   int getNumDefs(MachineOpCode Opcode) const {
218     return get(Opcode).numDefs;
219   }
220
221   InstrSchedClass getSchedClass(MachineOpCode Opcode) const {
222     return get(Opcode).schedClass;
223   }
224
225   const unsigned *getImplicitUses(MachineOpCode Opcode) const {
226     return get(Opcode).ImplicitUses;
227   }
228
229   const unsigned *getImplicitDefs(MachineOpCode Opcode) const {
230     return get(Opcode).ImplicitDefs;
231   }
232
233
234   //
235   // Query instruction class flags according to the machine-independent
236   // flags listed above.
237   //
238   bool isReturn(MachineOpCode Opcode) const {
239     return get(Opcode).Flags & M_RET_FLAG;
240   }
241
242   bool isCommutableInstr(MachineOpCode Opcode) const {
243     return get(Opcode).Flags & M_COMMUTABLE;
244   }
245   bool isTerminatorInstr(MachineOpCode Opcode) const {
246     return get(Opcode).Flags & M_TERMINATOR_FLAG;
247   }
248   
249   bool isBranch(MachineOpCode Opcode) const {
250     return get(Opcode).Flags & M_BRANCH_FLAG;
251   }
252   
253   bool isIndirectBranch(MachineOpCode Opcode) const {
254     return get(Opcode).Flags & M_INDIRECT_FLAG;
255   }
256   
257   /// isBarrier - Returns true if the specified instruction stops control flow
258   /// from executing the instruction immediately following it.  Examples include
259   /// unconditional branches and return instructions.
260   bool isBarrier(MachineOpCode Opcode) const {
261     return get(Opcode).Flags & M_BARRIER_FLAG;
262   }
263   
264   bool isCall(MachineOpCode Opcode) const {
265     return get(Opcode).Flags & M_CALL_FLAG;
266   }
267   bool isLoad(MachineOpCode Opcode) const {
268     return get(Opcode).Flags & M_LOAD_FLAG;
269   }
270   bool isStore(MachineOpCode Opcode) const {
271     return get(Opcode).Flags & M_STORE_FLAG;
272   }
273   
274   /// hasDelaySlot - Returns true if the specified instruction has a delay slot
275   /// which must be filled by the code generator.
276   bool hasDelaySlot(MachineOpCode Opcode) const {
277     return get(Opcode).Flags & M_DELAY_SLOT_FLAG;
278   }
279   
280   /// usesCustomDAGSchedInsertionHook - Return true if this instruction requires
281   /// custom insertion support when the DAG scheduler is inserting it into a
282   /// machine basic block.
283   bool usesCustomDAGSchedInsertionHook(MachineOpCode Opcode) const {
284     return get(Opcode).Flags & M_USES_CUSTOM_DAG_SCHED_INSERTION;
285   }
286
287   bool hasVariableOperands(MachineOpCode Opcode) const {
288     return get(Opcode).Flags & M_VARIABLE_OPS;
289   }
290
291   bool isPredicable(MachineOpCode Opcode) const {
292     return get(Opcode).Flags & M_PREDICABLE;
293   }
294
295   bool isNotDuplicable(MachineOpCode Opcode) const {
296     return get(Opcode).Flags & M_NOT_DUPLICABLE;
297   }
298
299   bool hasOptionalDef(MachineOpCode Opcode) const {
300     return get(Opcode).Flags & M_HAS_OPTIONAL_DEF;
301   }
302
303   /// isTriviallyReMaterializable - Return true if the instruction is trivially
304   /// rematerializable, meaning it has no side effects and requires no operands
305   /// that aren't always available.
306   bool isTriviallyReMaterializable(MachineInstr *MI) const {
307     return (MI->getInstrDescriptor()->Flags & M_REMATERIALIZIBLE) &&
308            isReallyTriviallyReMaterializable(MI);
309   }
310
311 protected:
312   /// isReallyTriviallyReMaterializable - For instructions with opcodes for
313   /// which the M_REMATERIALIZABLE flag is set, this function tests whether the
314   /// instruction itself is actually trivially rematerializable, considering
315   /// its operands.  This is used for targets that have instructions that are
316   /// only trivially rematerializable for specific uses.  This predicate must
317   /// return false if the instruction has any side effects other than
318   /// producing a value, or if it requres any address registers that are not
319   /// always available.
320   virtual bool isReallyTriviallyReMaterializable(MachineInstr *MI) const {
321     return true;
322   }
323
324 public:
325   /// getOperandConstraint - Returns the value of the specific constraint if
326   /// it is set. Returns -1 if it is not set.
327   int getOperandConstraint(MachineOpCode Opcode, unsigned OpNum,
328                            TOI::OperandConstraint Constraint) const {
329     return get(Opcode).getOperandConstraint(OpNum, Constraint);
330   }
331
332   /// Return true if the instruction is a register to register move
333   /// and leave the source and dest operands in the passed parameters.
334   virtual bool isMoveInstr(const MachineInstr& MI,
335                            unsigned& sourceReg,
336                            unsigned& destReg) const {
337     return false;
338   }
339   
340   /// isLoadFromStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
341   /// load from a stack slot, return the virtual or physical register number of
342   /// the destination along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
343   /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
344   /// any side effects other than loading from the stack slot.
345   virtual unsigned isLoadFromStackSlot(MachineInstr *MI, int &FrameIndex) const{
346     return 0;
347   }
348   
349   /// isStoreToStackSlot - If the specified machine instruction is a direct
350   /// store to a stack slot, return the virtual or physical register number of
351   /// the source reg along with the FrameIndex of the loaded stack slot.  If
352   /// not, return 0.  This predicate must return 0 if the instruction has
353   /// any side effects other than storing to the stack slot.
354   virtual unsigned isStoreToStackSlot(MachineInstr *MI, int &FrameIndex) const {
355     return 0;
356   }
357
358   /// convertToThreeAddress - This method must be implemented by targets that
359   /// set the M_CONVERTIBLE_TO_3_ADDR flag.  When this flag is set, the target
360   /// may be able to convert a two-address instruction into one or more true
361   /// three-address instructions on demand.  This allows the X86 target (for
362   /// example) to convert ADD and SHL instructions into LEA instructions if they
363   /// would require register copies due to two-addressness.
364   ///
365   /// This method returns a null pointer if the transformation cannot be
366   /// performed, otherwise it returns the last new instruction.
367   ///
368   virtual MachineInstr *
369   convertToThreeAddress(MachineFunction::iterator &MFI,
370                    MachineBasicBlock::iterator &MBBI, LiveVariables &LV) const {
371     return 0;
372   }
373
374   /// commuteInstruction - If a target has any instructions that are commutable,
375   /// but require converting to a different instruction or making non-trivial
376   /// changes to commute them, this method can overloaded to do this.  The
377   /// default implementation of this method simply swaps the first two operands
378   /// of MI and returns it.
379   ///
380   /// If a target wants to make more aggressive changes, they can construct and
381   /// return a new machine instruction.  If an instruction cannot commute, it
382   /// can also return null.
383   ///
384   virtual MachineInstr *commuteInstruction(MachineInstr *MI) const;
385
386   /// AnalyzeBranch - Analyze the branching code at the end of MBB, returning
387   /// true if it cannot be understood (e.g. it's a switch dispatch or isn't
388   /// implemented for a target).  Upon success, this returns false and returns
389   /// with the following information in various cases:
390   ///
391   /// 1. If this block ends with no branches (it just falls through to its succ)
392   ///    just return false, leaving TBB/FBB null.
393   /// 2. If this block ends with only an unconditional branch, it sets TBB to be
394   ///    the destination block.
395   /// 3. If this block ends with an conditional branch and it falls through to
396   ///    an successor block, it sets TBB to be the branch destination block and a
397   ///    list of operands that evaluate the condition. These
398   ///    operands can be passed to other TargetInstrInfo methods to create new
399   ///    branches.
400   /// 4. If this block ends with an conditional branch and an unconditional
401   ///    block, it returns the 'true' destination in TBB, the 'false' destination
402   ///    in FBB, and a list of operands that evaluate the condition. These
403   ///    operands can be passed to other TargetInstrInfo methods to create new
404   ///    branches.
405   ///
406   /// Note that RemoveBranch and InsertBranch must be implemented to support
407   /// cases where this method returns success.
408   ///
409   virtual bool AnalyzeBranch(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock *&TBB,
410                              MachineBasicBlock *&FBB,
411                              std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
412     return true;
413   }
414   
415   /// RemoveBranch - Remove the branching code at the end of the specific MBB.
416   /// this is only invoked in cases where AnalyzeBranch returns success. It
417   /// returns the number of instructions that were removed.
418   virtual unsigned RemoveBranch(MachineBasicBlock &MBB) const {
419     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::RemoveBranch!"); 
420     return 0;
421   }
422   
423   /// InsertBranch - Insert a branch into the end of the specified
424   /// MachineBasicBlock.  This operands to this method are the same as those
425   /// returned by AnalyzeBranch.  This is invoked in cases where AnalyzeBranch
426   /// returns success and when an unconditional branch (TBB is non-null, FBB is
427   /// null, Cond is empty) needs to be inserted. It returns the number of
428   /// instructions inserted.
429   virtual unsigned InsertBranch(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock *TBB,
430                             MachineBasicBlock *FBB,
431                             const std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
432     assert(0 && "Target didn't implement TargetInstrInfo::InsertBranch!"); 
433     return 0;
434   }
435   
436   /// BlockHasNoFallThrough - Return true if the specified block does not
437   /// fall-through into its successor block.  This is primarily used when a
438   /// branch is unanalyzable.  It is useful for things like unconditional
439   /// indirect branches (jump tables).
440   virtual bool BlockHasNoFallThrough(MachineBasicBlock &MBB) const {
441     return false;
442   }
443   
444   /// ReverseBranchCondition - Reverses the branch condition of the specified
445   /// condition list, returning false on success and true if it cannot be
446   /// reversed.
447   virtual bool ReverseBranchCondition(std::vector<MachineOperand> &Cond) const {
448     return true;
449   }
450   
451   /// insertNoop - Insert a noop into the instruction stream at the specified
452   /// point.
453   virtual void insertNoop(MachineBasicBlock &MBB, 
454                           MachineBasicBlock::iterator MI) const {
455     assert(0 && "Target didn't implement insertNoop!");
456     abort();
457   }
458
459   /// isPredicated - Returns true if the instruction is already predicated.
460   ///
461   virtual bool isPredicated(const MachineInstr *MI) const {
462     return false;
463   }
464
465   /// isUnpredicatedTerminator - Returns true if the instruction is a
466   /// terminator instruction that has not been predicated.
467   virtual bool isUnpredicatedTerminator(const MachineInstr *MI) const;
468
469   /// PredicateInstruction - Convert the instruction into a predicated
470   /// instruction. It returns true if the operation was successful.
471   virtual
472   bool PredicateInstruction(MachineInstr *MI,
473                             const std::vector<MachineOperand> &Pred) const;
474
475   /// SubsumesPredicate - Returns true if the first specified predicate
476   /// subsumes the second, e.g. GE subsumes GT.
477   virtual
478   bool SubsumesPredicate(const std::vector<MachineOperand> &Pred1,
479                          const std::vector<MachineOperand> &Pred2) const {
480     return false;
481   }
482
483   /// DefinesPredicate - If the specified instruction defines any predicate
484   /// or condition code register(s) used for predication, returns true as well
485   /// as the definition predicate(s) by reference.
486   virtual bool DefinesPredicate(MachineInstr *MI,
487                                 std::vector<MachineOperand> &Pred) const {
488     return false;
489   }
490
491   /// getPointerRegClass - Returns a TargetRegisterClass used for pointer
492   /// values.
493   virtual const TargetRegisterClass *getPointerRegClass() const {
494     assert(0 && "Target didn't implement getPointerRegClass!");
495     abort();
496     return 0; // Must return a value in order to compile with VS 2005
497   }
498 };
499
500 } // End llvm namespace
501
502 #endif