94ebf1e521b8c84b073f033d216323a82cbb903d
[oota-llvm.git] / include / llvm / Type.h
1 //===-- llvm/Type.h - Classes for handling data types -----------*- 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
11 #ifndef LLVM_TYPE_H
12 #define LLVM_TYPE_H
13
14 #include "llvm/AbstractTypeUser.h"
15 #include "llvm/LLVMContext.h"
16 #include "llvm/Support/Casting.h"
17 #include "llvm/Support/DataTypes.h"
18 #include "llvm/System/Atomic.h"
19 #include "llvm/ADT/GraphTraits.h"
20 #include "llvm/ADT/iterator.h"
21 #include <string>
22 #include <vector>
23
24 namespace llvm {
25
26 class DerivedType;
27 class PointerType;
28 class IntegerType;
29 class TypeMapBase;
30 class raw_ostream;
31 class Module;
32
33 /// This file contains the declaration of the Type class.  For more "Type" type
34 /// stuff, look in DerivedTypes.h.
35 ///
36 /// The instances of the Type class are immutable: once they are created,
37 /// they are never changed.  Also note that only one instance of a particular
38 /// type is ever created.  Thus seeing if two types are equal is a matter of
39 /// doing a trivial pointer comparison. To enforce that no two equal instances
40 /// are created, Type instances can only be created via static factory methods 
41 /// in class Type and in derived classes.
42 /// 
43 /// Once allocated, Types are never free'd, unless they are an abstract type
44 /// that is resolved to a more concrete type.
45 /// 
46 /// Types themself don't have a name, and can be named either by:
47 /// - using SymbolTable instance, typically from some Module,
48 /// - using convenience methods in the Module class (which uses module's 
49 ///    SymbolTable too).
50 ///
51 /// Opaque types are simple derived types with no state.  There may be many
52 /// different Opaque type objects floating around, but two are only considered
53 /// identical if they are pointer equals of each other.  This allows us to have
54 /// two opaque types that end up resolving to different concrete types later.
55 ///
56 /// Opaque types are also kinda weird and scary and different because they have
57 /// to keep a list of uses of the type.  When, through linking, parsing, or
58 /// bitcode reading, they become resolved, they need to find and update all
59 /// users of the unknown type, causing them to reference a new, more concrete
60 /// type.  Opaque types are deleted when their use list dwindles to zero users.
61 ///
62 /// @brief Root of type hierarchy
63 class Type : public AbstractTypeUser {
64 public:
65   //===-------------------------------------------------------------------===//
66   /// Definitions of all of the base types for the Type system.  Based on this
67   /// value, you can cast to a "DerivedType" subclass (see DerivedTypes.h)
68   /// Note: If you add an element to this, you need to add an element to the
69   /// Type::getPrimitiveType function, or else things will break!
70   /// Also update LLVMTypeKind and LLVMGetTypeKind () in the C binding.
71   ///
72   enum TypeID {
73     // PrimitiveTypes .. make sure LastPrimitiveTyID stays up to date
74     VoidTyID = 0,    ///<  0: type with no size
75     FloatTyID,       ///<  1: 32 bit floating point type
76     DoubleTyID,      ///<  2: 64 bit floating point type
77     X86_FP80TyID,    ///<  3: 80 bit floating point type (X87)
78     FP128TyID,       ///<  4: 128 bit floating point type (112-bit mantissa)
79     PPC_FP128TyID,   ///<  5: 128 bit floating point type (two 64-bits)
80     LabelTyID,       ///<  6: Labels
81     MetadataTyID,    ///<  7: Metadata
82
83     // Derived types... see DerivedTypes.h file...
84     // Make sure FirstDerivedTyID stays up to date!!!
85     IntegerTyID,     ///<  8: Arbitrary bit width integers
86     FunctionTyID,    ///<  9: Functions
87     StructTyID,      ///< 10: Structures
88     ArrayTyID,       ///< 11: Arrays
89     PointerTyID,     ///< 12: Pointers
90     OpaqueTyID,      ///< 13: Opaque: type with unknown structure
91     VectorTyID,      ///< 14: SIMD 'packed' format, or other vector type
92
93     NumTypeIDs,                         // Must remain as last defined ID
94     LastPrimitiveTyID = LabelTyID,
95     FirstDerivedTyID = IntegerTyID
96   };
97
98 private:
99   TypeID   ID : 8;    // The current base type of this type.
100   bool     Abstract : 1;  // True if type contains an OpaqueType
101   unsigned SubclassData : 23; //Space for subclasses to store data
102
103   /// RefCount - This counts the number of PATypeHolders that are pointing to
104   /// this type.  When this number falls to zero, if the type is abstract and
105   /// has no AbstractTypeUsers, the type is deleted.  This is only sensical for
106   /// derived types.
107   ///
108   mutable sys::cas_flag RefCount;
109
110   /// Context - This refers to the LLVMContext in which this type was uniqued.
111   LLVMContext &Context;
112   friend class LLVMContextImpl;
113
114   const Type *getForwardedTypeInternal() const;
115
116   // Some Type instances are allocated as arrays, some aren't. So we provide
117   // this method to get the right kind of destruction for the type of Type.
118   void destroy() const; // const is a lie, this does "delete this"!
119
120 protected:
121   explicit Type(LLVMContext &C, TypeID id) :
122                              ID(id), Abstract(false), SubclassData(0),
123                              RefCount(0), Context(C),
124                              ForwardType(0), NumContainedTys(0),
125                              ContainedTys(0) {}
126   virtual ~Type() {
127     assert(AbstractTypeUsers.empty() && "Abstract types remain");
128   }
129
130   /// Types can become nonabstract later, if they are refined.
131   ///
132   inline void setAbstract(bool Val) { Abstract = Val; }
133
134   unsigned getRefCount() const { return RefCount; }
135
136   unsigned getSubclassData() const { return SubclassData; }
137   void setSubclassData(unsigned val) { SubclassData = val; }
138
139   /// ForwardType - This field is used to implement the union find scheme for
140   /// abstract types.  When types are refined to other types, this field is set
141   /// to the more refined type.  Only abstract types can be forwarded.
142   mutable const Type *ForwardType;
143
144
145   /// AbstractTypeUsers - Implement a list of the users that need to be notified
146   /// if I am a type, and I get resolved into a more concrete type.
147   ///
148   mutable std::vector<AbstractTypeUser *> AbstractTypeUsers;
149
150   /// NumContainedTys - Keeps track of how many PATypeHandle instances there
151   /// are at the end of this type instance for the list of contained types. It
152   /// is the subclasses responsibility to set this up. Set to 0 if there are no
153   /// contained types in this type.
154   unsigned NumContainedTys;
155
156   /// ContainedTys - A pointer to the array of Types (PATypeHandle) contained 
157   /// by this Type.  For example, this includes the arguments of a function 
158   /// type, the elements of a structure, the pointee of a pointer, the element
159   /// type of an array, etc.  This pointer may be 0 for types that don't 
160   /// contain other types (Integer, Double, Float).  In general, the subclass 
161   /// should arrange for space for the PATypeHandles to be included in the 
162   /// allocation of the type object and set this pointer to the address of the 
163   /// first element. This allows the Type class to manipulate the ContainedTys 
164   /// without understanding the subclass's placement for this array.  keeping 
165   /// it here also allows the subtype_* members to be implemented MUCH more 
166   /// efficiently, and dynamically very few types do not contain any elements.
167   PATypeHandle *ContainedTys;
168
169 public:
170   void print(raw_ostream &O) const;
171
172   /// @brief Debugging support: print to stderr
173   void dump() const;
174
175   /// @brief Debugging support: print to stderr (use type names from context
176   /// module).
177   void dump(const Module *Context) const;
178
179   /// getContext - Fetch the LLVMContext in which this type was uniqued.
180   LLVMContext &getContext() const { return Context; }
181
182   //===--------------------------------------------------------------------===//
183   // Property accessors for dealing with types... Some of these virtual methods
184   // are defined in private classes defined in Type.cpp for primitive types.
185   //
186
187   /// getTypeID - Return the type id for the type.  This will return one
188   /// of the TypeID enum elements defined above.
189   ///
190   inline TypeID getTypeID() const { return ID; }
191
192   /// getDescription - Return the string representation of the type.
193   std::string getDescription() const;
194
195   /// isInteger - True if this is an instance of IntegerType.
196   ///
197   bool isInteger() const { return ID == IntegerTyID; } 
198
199   /// isIntOrIntVector - Return true if this is an integer type or a vector of
200   /// integer types.
201   ///
202   bool isIntOrIntVector() const;
203   
204   /// isFloatingPoint - Return true if this is one of the five floating point
205   /// types
206   bool isFloatingPoint() const { return ID == FloatTyID || ID == DoubleTyID ||
207       ID == X86_FP80TyID || ID == FP128TyID || ID == PPC_FP128TyID; }
208
209   /// isFPOrFPVector - Return true if this is a FP type or a vector of FP types.
210   ///
211   bool isFPOrFPVector() const;
212   
213   /// isAbstract - True if the type is either an Opaque type, or is a derived
214   /// type that includes an opaque type somewhere in it.
215   ///
216   inline bool isAbstract() const { return Abstract; }
217
218   /// canLosslesslyBitCastTo - Return true if this type could be converted 
219   /// with a lossless BitCast to type 'Ty'. For example, i8* to i32*. BitCasts 
220   /// are valid for types of the same size only where no re-interpretation of 
221   /// the bits is done.
222   /// @brief Determine if this type could be losslessly bitcast to Ty
223   bool canLosslesslyBitCastTo(const Type *Ty) const;
224
225
226   /// Here are some useful little methods to query what type derived types are
227   /// Note that all other types can just compare to see if this == Type::xxxTy;
228   ///
229   inline bool isPrimitiveType() const { return ID <= LastPrimitiveTyID; }
230   inline bool isDerivedType()   const { return ID >= FirstDerivedTyID; }
231
232   /// isFirstClassType - Return true if the type is "first class", meaning it
233   /// is a valid type for a Value.
234   ///
235   inline bool isFirstClassType() const {
236     // There are more first-class kinds than non-first-class kinds, so a
237     // negative test is simpler than a positive one.
238     return ID != FunctionTyID && ID != VoidTyID && ID != OpaqueTyID;
239   }
240
241   /// isSingleValueType - Return true if the type is a valid type for a
242   /// virtual register in codegen.  This includes all first-class types
243   /// except struct and array types.
244   ///
245   inline bool isSingleValueType() const {
246     return (ID != VoidTyID && ID <= LastPrimitiveTyID) ||
247             ID == IntegerTyID || ID == PointerTyID || ID == VectorTyID;
248   }
249
250   /// isAggregateType - Return true if the type is an aggregate type. This
251   /// means it is valid as the first operand of an insertvalue or
252   /// extractvalue instruction. This includes struct and array types, but
253   /// does not include vector types.
254   ///
255   inline bool isAggregateType() const {
256     return ID == StructTyID || ID == ArrayTyID;
257   }
258
259   /// isSized - Return true if it makes sense to take the size of this type.  To
260   /// get the actual size for a particular target, it is reasonable to use the
261   /// TargetData subsystem to do this.
262   ///
263   bool isSized() const {
264     // If it's a primitive, it is always sized.
265     if (ID == IntegerTyID || isFloatingPoint() || ID == PointerTyID)
266       return true;
267     // If it is not something that can have a size (e.g. a function or label),
268     // it doesn't have a size.
269     if (ID != StructTyID && ID != ArrayTyID && ID != VectorTyID)
270       return false;
271     // If it is something that can have a size and it's concrete, it definitely
272     // has a size, otherwise we have to try harder to decide.
273     return !isAbstract() || isSizedDerivedType();
274   }
275
276   /// getPrimitiveSizeInBits - Return the basic size of this type if it is a
277   /// primitive type.  These are fixed by LLVM and are not target dependent.
278   /// This will return zero if the type does not have a size or is not a
279   /// primitive type.
280   ///
281   /// Note that this may not reflect the size of memory allocated for an
282   /// instance of the type or the number of bytes that are written when an
283   /// instance of the type is stored to memory. The TargetData class provides
284   /// additional query functions to provide this information.
285   ///
286   unsigned getPrimitiveSizeInBits() const;
287
288   /// getScalarSizeInBits - If this is a vector type, return the
289   /// getPrimitiveSizeInBits value for the element type. Otherwise return the
290   /// getPrimitiveSizeInBits value for this type.
291   unsigned getScalarSizeInBits() const;
292
293   /// getFPMantissaWidth - Return the width of the mantissa of this type.  This
294   /// is only valid on floating point types.  If the FP type does not
295   /// have a stable mantissa (e.g. ppc long double), this method returns -1.
296   int getFPMantissaWidth() const;
297
298   /// getForwardedType - Return the type that this type has been resolved to if
299   /// it has been resolved to anything.  This is used to implement the
300   /// union-find algorithm for type resolution, and shouldn't be used by general
301   /// purpose clients.
302   const Type *getForwardedType() const {
303     if (!ForwardType) return 0;
304     return getForwardedTypeInternal();
305   }
306
307   /// getVAArgsPromotedType - Return the type an argument of this type
308   /// will be promoted to if passed through a variable argument
309   /// function.
310   const Type *getVAArgsPromotedType(LLVMContext &C) const; 
311
312   /// getScalarType - If this is a vector type, return the element type,
313   /// otherwise return this.
314   const Type *getScalarType() const;
315
316   //===--------------------------------------------------------------------===//
317   // Type Iteration support
318   //
319   typedef PATypeHandle *subtype_iterator;
320   subtype_iterator subtype_begin() const { return ContainedTys; }
321   subtype_iterator subtype_end() const { return &ContainedTys[NumContainedTys];}
322
323   /// getContainedType - This method is used to implement the type iterator
324   /// (defined a the end of the file).  For derived types, this returns the
325   /// types 'contained' in the derived type.
326   ///
327   const Type *getContainedType(unsigned i) const {
328     assert(i < NumContainedTys && "Index out of range!");
329     return ContainedTys[i].get();
330   }
331
332   /// getNumContainedTypes - Return the number of types in the derived type.
333   ///
334   unsigned getNumContainedTypes() const { return NumContainedTys; }
335
336   //===--------------------------------------------------------------------===//
337   // Static members exported by the Type class itself.  Useful for getting
338   // instances of Type.
339   //
340
341   /// getPrimitiveType - Return a type based on an identifier.
342   static const Type *getPrimitiveType(LLVMContext &C, TypeID IDNumber);
343
344   //===--------------------------------------------------------------------===//
345   // These are the builtin types that are always available...
346   //
347   static const Type *getVoidTy(LLVMContext &C);
348   static const Type *getLabelTy(LLVMContext &C);
349   static const Type *getFloatTy(LLVMContext &C);
350   static const Type *getDoubleTy(LLVMContext &C);
351   static const Type *getMetadataTy(LLVMContext &C);
352   static const Type *getX86_FP80Ty(LLVMContext &C);
353   static const Type *getFP128Ty(LLVMContext &C);
354   static const Type *getPPC_FP128Ty(LLVMContext &C);
355   static const IntegerType *getInt1Ty(LLVMContext &C);
356   static const IntegerType *getInt8Ty(LLVMContext &C);
357   static const IntegerType *getInt16Ty(LLVMContext &C);
358   static const IntegerType *getInt32Ty(LLVMContext &C);
359   static const IntegerType *getInt64Ty(LLVMContext &C);
360
361   /// Methods for support type inquiry through isa, cast, and dyn_cast:
362   static inline bool classof(const Type *) { return true; }
363
364   void addRef() const {
365     assert(isAbstract() && "Cannot add a reference to a non-abstract type!");
366     sys::AtomicIncrement(&RefCount);
367   }
368
369   void dropRef() const {
370     assert(isAbstract() && "Cannot drop a reference to a non-abstract type!");
371     assert(RefCount && "No objects are currently referencing this object!");
372
373     // If this is the last PATypeHolder using this object, and there are no
374     // PATypeHandles using it, the type is dead, delete it now.
375     sys::cas_flag OldCount = sys::AtomicDecrement(&RefCount);
376     if (OldCount == 0 && AbstractTypeUsers.empty())
377       this->destroy();
378   }
379   
380   /// addAbstractTypeUser - Notify an abstract type that there is a new user of
381   /// it.  This function is called primarily by the PATypeHandle class.
382   ///
383   void addAbstractTypeUser(AbstractTypeUser *U) const;
384   
385   /// removeAbstractTypeUser - Notify an abstract type that a user of the class
386   /// no longer has a handle to the type.  This function is called primarily by
387   /// the PATypeHandle class.  When there are no users of the abstract type, it
388   /// is annihilated, because there is no way to get a reference to it ever
389   /// again.
390   ///
391   void removeAbstractTypeUser(AbstractTypeUser *U) const;
392
393   /// getPointerTo - Return a pointer to the current type.  This is equivalent
394   /// to PointerType::get(Foo, AddrSpace).
395   PointerType *getPointerTo(unsigned AddrSpace = 0) const;
396
397 private:
398   /// isSizedDerivedType - Derived types like structures and arrays are sized
399   /// iff all of the members of the type are sized as well.  Since asking for
400   /// their size is relatively uncommon, move this operation out of line.
401   bool isSizedDerivedType() const;
402
403   virtual void refineAbstractType(const DerivedType *OldTy, const Type *NewTy);
404   virtual void typeBecameConcrete(const DerivedType *AbsTy);
405
406 protected:
407   // PromoteAbstractToConcrete - This is an internal method used to calculate
408   // change "Abstract" from true to false when types are refined.
409   void PromoteAbstractToConcrete();
410   friend class TypeMapBase;
411 };
412
413 //===----------------------------------------------------------------------===//
414 // Define some inline methods for the AbstractTypeUser.h:PATypeHandle class.
415 // These are defined here because they MUST be inlined, yet are dependent on
416 // the definition of the Type class.
417 //
418 inline void PATypeHandle::addUser() {
419   assert(Ty && "Type Handle has a null type!");
420   if (Ty->isAbstract())
421     Ty->addAbstractTypeUser(User);
422 }
423 inline void PATypeHandle::removeUser() {
424   if (Ty->isAbstract())
425     Ty->removeAbstractTypeUser(User);
426 }
427
428 // Define inline methods for PATypeHolder.
429
430 /// get - This implements the forwarding part of the union-find algorithm for
431 /// abstract types.  Before every access to the Type*, we check to see if the
432 /// type we are pointing to is forwarding to a new type.  If so, we drop our
433 /// reference to the type.
434 ///
435 inline Type* PATypeHolder::get() const {
436   const Type *NewTy = Ty->getForwardedType();
437   if (!NewTy) return const_cast<Type*>(Ty);
438   return *const_cast<PATypeHolder*>(this) = NewTy;
439 }
440
441 inline void PATypeHolder::addRef() {
442   assert(Ty && "Type Holder has a null type!");
443   if (Ty->isAbstract())
444     Ty->addRef();
445 }
446
447 inline void PATypeHolder::dropRef() {
448   if (Ty->isAbstract())
449     Ty->dropRef();
450 }
451
452
453 //===----------------------------------------------------------------------===//
454 // Provide specializations of GraphTraits to be able to treat a type as a
455 // graph of sub types...
456
457 template <> struct GraphTraits<Type*> {
458   typedef Type NodeType;
459   typedef Type::subtype_iterator ChildIteratorType;
460
461   static inline NodeType *getEntryNode(Type *T) { return T; }
462   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) {
463     return N->subtype_begin();
464   }
465   static inline ChildIteratorType child_end(NodeType *N) {
466     return N->subtype_end();
467   }
468 };
469
470 template <> struct GraphTraits<const Type*> {
471   typedef const Type NodeType;
472   typedef Type::subtype_iterator ChildIteratorType;
473
474   static inline NodeType *getEntryNode(const Type *T) { return T; }
475   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) {
476     return N->subtype_begin();
477   }
478   static inline ChildIteratorType child_end(NodeType *N) {
479     return N->subtype_end();
480   }
481 };
482
483 template <> inline bool isa_impl<PointerType, Type>(const Type &Ty) {
484   return Ty.getTypeID() == Type::PointerTyID;
485 }
486
487 raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const Type &T);
488
489 } // End llvm namespace
490
491 #endif