Eliminate most uses of the machine instruction vector for each LLVM instr,
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / InstrSched / SchedGraph.h
1 /* -*-C++-*-
2  ****************************************************************************
3  * File:
4  *      SchedGraph.h
5  * 
6  * Purpose:
7  *      Scheduling graph based on SSA graph plus extra dependence edges
8  *      capturing dependences due to machine resources (machine registers,
9  *      CC registers, and any others).
10  * 
11  * Strategy:
12  *      This graph tries to leverage the SSA graph as much as possible,
13  *      but captures the extra dependences through a common interface.
14  * 
15  * History:
16  *      7/20/01  -  Vikram Adve  -  Created
17  ***************************************************************************/
18
19 #ifndef LLVM_CODEGEN_SCHEDGRAPH_H
20 #define LLVM_CODEGEN_SCHEDGRAPH_H
21
22 #include "llvm/Support/NonCopyable.h"
23 #include "llvm/Support/HashExtras.h"
24 #include "llvm/Support/GraphTraits.h"
25 #include "llvm/Target/MachineInstrInfo.h"
26 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
27 #include <hash_map>
28
29 class Value;
30 class Instruction;
31 class TerminatorInst;
32 class BasicBlock;
33 class Method;
34 class TargetMachine;
35 class SchedGraphEdge; 
36 class SchedGraphNode; 
37 class SchedGraph; 
38 class RegToRefVecMap;
39 class ValueToDefVecMap;
40 class RefVec;
41 class MachineInstr;
42 class MachineCodeForBasicBlock;
43
44
45 /******************** Exported Data Types and Constants ********************/
46
47 typedef int ResourceId;
48 const ResourceId InvalidRID        = -1;
49 const ResourceId MachineCCRegsRID  = -2; // use +ve numbers for actual regs
50 const ResourceId MachineIntRegsRID = -3; // use +ve numbers for actual regs
51 const ResourceId MachineFPRegsRID  = -4; // use +ve numbers for actual regs
52
53
54 //*********************** Public Class Declarations ************************/
55
56 class SchedGraphEdge: public NonCopyable {
57 public:
58   enum SchedGraphEdgeDepType {
59     CtrlDep, MemoryDep, ValueDep, MachineRegister, MachineResource
60   };
61   enum DataDepOrderType {
62     TrueDep = 0x1, AntiDep=0x2, OutputDep=0x4, NonDataDep=0x8
63   };
64   
65 protected:
66   SchedGraphNode*       src;
67   SchedGraphNode*       sink;
68   SchedGraphEdgeDepType depType;
69   unsigned int          depOrderType;
70   int                   minDelay; // cached latency (assumes fixed target arch)
71   
72   union {
73     const Value* val;
74     int          machineRegNum;
75     ResourceId   resourceId;
76   };
77   
78 public: 
79   // For all constructors, if minDelay is unspecified, minDelay is
80   // set to _src->getLatency().
81   // constructor for CtrlDep or MemoryDep edges, selected by 3rd argument
82   /*ctor*/              SchedGraphEdge(SchedGraphNode* _src,
83                                        SchedGraphNode* _sink,
84                                        SchedGraphEdgeDepType _depType,
85                                        unsigned int     _depOrderType,
86                                        int _minDelay = -1);
87   
88   // constructor for explicit value dependence (may be true/anti/output)
89   /*ctor*/              SchedGraphEdge(SchedGraphNode* _src,
90                                        SchedGraphNode* _sink,
91                                        const Value*    _val,
92                                        unsigned int     _depOrderType,
93                                        int _minDelay = -1);
94   
95   // constructor for machine register dependence
96   /*ctor*/              SchedGraphEdge(SchedGraphNode* _src,
97                                        SchedGraphNode* _sink,
98                                        unsigned int    _regNum,
99                                        unsigned int     _depOrderType,
100                                        int _minDelay = -1);
101   
102   // constructor for any other machine resource dependences.
103   // DataDepOrderType is always NonDataDep.  It it not an argument to
104   // avoid overloading ambiguity with previous constructor.
105   /*ctor*/              SchedGraphEdge(SchedGraphNode* _src,
106                                        SchedGraphNode* _sink,
107                                        ResourceId      _resourceId,
108                                        int _minDelay = -1);
109   
110   /*dtor*/              ~SchedGraphEdge();
111   
112   SchedGraphNode*       getSrc          () const { return src; }
113   SchedGraphNode*       getSink         () const { return sink; }
114   int                   getMinDelay     () const { return minDelay; }
115   SchedGraphEdgeDepType getDepType      () const { return depType; }
116   
117   const Value*          getValue        () const {
118     assert(depType == ValueDep); return val;
119   }
120   int                   getMachineReg   () const {
121     assert(depType == MachineRegister); return machineRegNum;
122   }
123   int                   getResourceId   () const {
124     assert(depType == MachineResource); return resourceId;
125   }
126   
127 public:
128   // 
129   // Debugging support
130   // 
131   friend ostream& operator<<(ostream& os, const SchedGraphEdge& edge);
132   
133   void          dump    (int indent=0) const;
134     
135 private:
136   // disable default ctor
137   /*ctor*/              SchedGraphEdge();       // DO NOT IMPLEMENT
138 };
139
140
141
142 class SchedGraphNode: public NonCopyable {
143 private:
144   unsigned int nodeId;
145   const BasicBlock* bb;
146   const MachineInstr* minstr;
147   vector<SchedGraphEdge*> inEdges;
148   vector<SchedGraphEdge*> outEdges;
149   int origIndexInBB;            // original position of machine instr in BB
150   int latency;
151   
152 public:
153   typedef vector<SchedGraphEdge*>::      iterator               iterator;
154   typedef vector<SchedGraphEdge*>::const_iterator         const_iterator;
155   typedef vector<SchedGraphEdge*>::      reverse_iterator reverse_iterator;
156   typedef vector<SchedGraphEdge*>::const_reverse_iterator const_reverse_iterator;
157   
158 public:
159   //
160   // Accessor methods
161   // 
162   unsigned int          getNodeId       () const { return nodeId; }
163   const MachineInstr*   getMachineInstr () const { return minstr; }
164   const MachineOpCode   getOpCode       () const { return minstr->getOpCode();}
165   int                   getLatency      () const { return latency; }
166   unsigned int          getNumInEdges   () const { return inEdges.size(); }
167   unsigned int          getNumOutEdges  () const { return outEdges.size(); }
168   bool                  isDummyNode     () const { return (minstr == NULL); }
169   const BasicBlock*     getBB           () const { return bb; }
170   int                   getOrigIndexInBB() const { return origIndexInBB; }
171   
172   //
173   // Iterators
174   // 
175   iterator              beginInEdges    ()       { return inEdges.begin(); }
176   iterator              endInEdges      ()       { return inEdges.end(); }
177   iterator              beginOutEdges   ()       { return outEdges.begin(); }
178   iterator              endOutEdges     ()       { return outEdges.end(); }
179   
180   const_iterator        beginInEdges    () const { return inEdges.begin(); }
181   const_iterator        endInEdges      () const { return inEdges.end(); }
182   const_iterator        beginOutEdges   () const { return outEdges.begin(); }
183   const_iterator        endOutEdges     () const { return outEdges.end(); }
184   
185 public:
186   //
187   // Debugging support
188   // 
189   friend ostream& operator<<(ostream& os, const SchedGraphNode& node);
190   
191   void          dump    (int indent=0) const;
192   
193 private:
194   friend class SchedGraph;              // give access for ctor and dtor
195   friend class SchedGraphEdge;          // give access for adding edges
196   
197   void                  addInEdge       (SchedGraphEdge* edge);
198   void                  addOutEdge      (SchedGraphEdge* edge);
199   
200   void                  removeInEdge    (const SchedGraphEdge* edge);
201   void                  removeOutEdge   (const SchedGraphEdge* edge);
202   
203   // disable default constructor and provide a ctor for single-block graphs
204   /*ctor*/              SchedGraphNode();       // DO NOT IMPLEMENT
205   /*ctor*/              SchedGraphNode  (unsigned int _nodeId,
206                                          const BasicBlock*   _bb,
207                                          const MachineInstr* _minstr,
208                                          int   indexInBB,
209                                          const TargetMachine& _target);
210   /*dtor*/              ~SchedGraphNode ();
211 };
212
213
214
215 class SchedGraph :
216   public NonCopyable,
217   private hash_map<const MachineInstr*, SchedGraphNode*>
218 {
219 private:
220   vector<const BasicBlock*> bbVec;      // basic blocks included in the graph
221   SchedGraphNode* graphRoot;            // the root and leaf are not inserted
222   SchedGraphNode* graphLeaf;            //  in the hash_map (see getNumNodes())
223   
224 public:
225   typedef hash_map<const MachineInstr*, SchedGraphNode*>::iterator iterator;
226   typedef hash_map<const MachineInstr*, SchedGraphNode*>::const_iterator const_iterator;
227   
228 public:
229   //
230   // Accessor methods
231   //
232   const vector<const BasicBlock*>& getBasicBlocks() const { return bbVec; }
233   const unsigned int               getNumNodes()    const { return size()+2; }
234   SchedGraphNode*                  getRoot()        const { return graphRoot; }
235   SchedGraphNode*                  getLeaf()        const { return graphLeaf; }
236   
237   SchedGraphNode* getGraphNodeForInstr(const MachineInstr* minstr) const {
238     const_iterator onePair = this->find(minstr);
239     return (onePair != this->end())? (*onePair).second : NULL;
240   }
241   
242   //
243   // Delete nodes or edges from the graph.
244   // 
245   void          eraseNode               (SchedGraphNode* node);
246   
247   void          eraseIncomingEdges      (SchedGraphNode* node,
248                                          bool addDummyEdges = true);
249   
250   void          eraseOutgoingEdges      (SchedGraphNode* node,
251                                          bool addDummyEdges = true);
252   
253   void          eraseIncidentEdges      (SchedGraphNode* node,
254                                          bool addDummyEdges = true);
255   
256   //
257   // Unordered iterators.
258   // Return values is pair<const MachineIntr*,SchedGraphNode*>.
259   //
260   iterator      begin() {
261     return hash_map<const MachineInstr*, SchedGraphNode*>::begin();
262   }
263   iterator      end() {
264     return hash_map<const MachineInstr*, SchedGraphNode*>::end();
265   }
266   const_iterator begin() const {
267     return hash_map<const MachineInstr*, SchedGraphNode*>::begin();
268   }
269   const_iterator end()  const {
270     return hash_map<const MachineInstr*, SchedGraphNode*>::end();
271   }
272   
273   //
274   // Ordered iterators.
275   // Return values is pair<const MachineIntr*,SchedGraphNode*>.
276   //
277   // void                          postord_init();
278   // postorder_iterator    postord_begin();
279   // postorder_iterator    postord_end();
280   // const_postorder_iterator postord_begin() const;
281   // const_postorder_iterator postord_end() const;
282   
283   //
284   // Debugging support
285   // 
286   void          dump    () const;
287   
288 private:
289   friend class SchedGraphSet;           // give access to ctor
290   
291   // disable default constructor and provide a ctor for single-block graphs
292   /*ctor*/      SchedGraph              ();     // DO NOT IMPLEMENT
293   /*ctor*/      SchedGraph              (const BasicBlock* bb,
294                                          const TargetMachine& target);
295   /*dtor*/      ~SchedGraph             ();
296   
297   inline void   noteGraphNodeForInstr   (const MachineInstr* minstr,
298                                          SchedGraphNode* node)
299   {
300     assert((*this)[minstr] == NULL);
301     (*this)[minstr] = node;
302   }
303
304   //
305   // Graph builder
306   //
307   void          buildGraph              (const TargetMachine& target);
308   
309   void          buildNodesforBB         (const TargetMachine& target,
310                                          const BasicBlock* bb,
311                                          vector<SchedGraphNode*>& memNodeVec,
312                                          RegToRefVecMap& regToRefVecMap,
313                                          ValueToDefVecMap& valueToDefVecMap);
314   
315   void          findDefUseInfoAtInstr   (const TargetMachine& target,
316                                          SchedGraphNode* node,
317                                          vector<SchedGraphNode*>& memNodeVec,
318                                          RegToRefVecMap& regToRefVecMap,
319                                          ValueToDefVecMap& valueToDefVecMap);
320                                          
321   void          addEdgesForInstruction(const MachineInstr& minstr,
322                                      const ValueToDefVecMap& valueToDefVecMap,
323                                      const TargetMachine& target);
324   
325   void          addCDEdges              (const TerminatorInst* term,
326                                          const TargetMachine& target);
327   
328   void          addMemEdges         (const vector<SchedGraphNode*>& memNodeVec,
329                                      const TargetMachine& target);
330   
331   void          addCallCCEdges      (const vector<SchedGraphNode*>& memNodeVec,
332                                      MachineCodeForBasicBlock& bbMvec,
333                                      const TargetMachine& target);
334     
335   void          addMachineRegEdges      (RegToRefVecMap& regToRefVecMap,
336                                          const TargetMachine& target);
337   
338   void          addEdgesForValue        (SchedGraphNode* refNode,
339                                          const RefVec& defVec,
340                                          const Value* defValue,
341                                          bool  refNodeIsDef,
342                                          const TargetMachine& target);
343   
344   void          addDummyEdges           ();
345 };
346
347
348 class SchedGraphSet :  
349   public NonCopyable,
350   private hash_map<const BasicBlock*, SchedGraph*>
351 {
352 private:
353   const Method* method;
354   
355 public:
356   typedef hash_map<const BasicBlock*, SchedGraph*>::iterator iterator;
357   typedef hash_map<const BasicBlock*, SchedGraph*>::const_iterator const_iterator;
358   
359 public:
360   /*ctor*/      SchedGraphSet           (const Method* _method,
361                                          const TargetMachine& target);
362   /*dtor*/      ~SchedGraphSet          ();
363   
364   //
365   // Accessors
366   //
367   SchedGraph*   getGraphForBasicBlock   (const BasicBlock* bb) const {
368     const_iterator onePair = this->find(bb);
369     return (onePair != this->end())? (*onePair).second : NULL;
370   }
371   
372   //
373   // Iterators
374   //
375   iterator      begin() {
376     return hash_map<const BasicBlock*, SchedGraph*>::begin();
377   }
378   iterator      end() {
379     return hash_map<const BasicBlock*, SchedGraph*>::end();
380   }
381   const_iterator begin() const {
382     return hash_map<const BasicBlock*, SchedGraph*>::begin();
383   }
384   const_iterator end()  const {
385     return hash_map<const BasicBlock*, SchedGraph*>::end();
386   }
387   
388   //
389   // Debugging support
390   // 
391   void          dump    () const;
392   
393 private:
394   inline void   noteGraphForBlock(const BasicBlock* bb, SchedGraph* graph) {
395     assert((*this)[bb] == NULL);
396     (*this)[bb] = graph;
397   }
398
399   //
400   // Graph builder
401   //
402   void          buildGraphsForMethod    (const Method *method,
403                                          const TargetMachine& target);
404 };
405
406
407 //********************** Sched Graph Iterators *****************************/
408
409 // Ok to make it a template because it shd get instantiated at most twice:
410 // for <SchedGraphNode, SchedGraphNode::iterator> and
411 // for <const SchedGraphNode, SchedGraphNode::const_iterator>.
412 // 
413 template <class _NodeType, class _EdgeType, class _EdgeIter>
414 class PredIterator: public std::bidirectional_iterator<_NodeType, ptrdiff_t> {
415 protected:
416   _EdgeIter oi;
417 public:
418   typedef PredIterator<_NodeType, _EdgeType, _EdgeIter> _Self;
419   
420   inline PredIterator(_EdgeIter startEdge) : oi(startEdge) {}
421   
422   inline bool operator==(const _Self& x) const { return oi == x.oi; }
423   inline bool operator!=(const _Self& x) const { return !operator==(x); }
424   
425   // operator*() differs for pred or succ iterator
426   inline _NodeType* operator*() const { return (*oi)->getSrc(); }
427   inline         _NodeType* operator->() const { return operator*(); }
428   
429   inline _EdgeType* getEdge() const { return *(oi); }
430   
431   inline _Self &operator++() { ++oi; return *this; }    // Preincrement
432   inline _Self operator++(int) {                        // Postincrement
433     _Self tmp(*this); ++*this; return tmp; 
434   }
435   
436   inline _Self &operator--() { --oi; return *this; }    // Predecrement
437   inline _Self operator--(int) {                        // Postdecrement
438     _Self tmp = *this; --*this; return tmp;
439   }
440 };
441
442 template <class _NodeType, class _EdgeType, class _EdgeIter>
443 class SuccIterator: public std::bidirectional_iterator<_NodeType, ptrdiff_t> {
444 protected:
445   _EdgeIter oi;
446 public:
447   typedef SuccIterator<_NodeType, _EdgeType, _EdgeIter> _Self;
448   
449   inline SuccIterator(_EdgeIter startEdge) : oi(startEdge) {}
450   
451   inline bool operator==(const _Self& x) const { return oi == x.oi; }
452   inline bool operator!=(const _Self& x) const { return !operator==(x); }
453   
454   inline _NodeType* operator*() const { return (*oi)->getSink(); }
455   inline         _NodeType* operator->() const { return operator*(); }
456   
457   inline _EdgeType* getEdge() const { return *(oi); }
458   
459   inline _Self &operator++() { ++oi; return *this; }    // Preincrement
460   inline _Self operator++(int) {                        // Postincrement
461     _Self tmp(*this); ++*this; return tmp; 
462   }
463   
464   inline _Self &operator--() { --oi; return *this; }    // Predecrement
465   inline _Self operator--(int) {                        // Postdecrement
466     _Self tmp = *this; --*this; return tmp;
467   }
468 };
469
470 // 
471 // sg_pred_iterator
472 // sg_pred_const_iterator
473 //
474 typedef PredIterator<SchedGraphNode, SchedGraphEdge, SchedGraphNode::iterator>
475     sg_pred_iterator;
476 typedef PredIterator<const SchedGraphNode, const SchedGraphEdge,SchedGraphNode::const_iterator>
477     sg_pred_const_iterator;
478
479 inline sg_pred_iterator       pred_begin(      SchedGraphNode *N) {
480   return sg_pred_iterator(N->beginInEdges());
481 }
482 inline sg_pred_iterator       pred_end(        SchedGraphNode *N) {
483   return sg_pred_iterator(N->endInEdges());
484 }
485 inline sg_pred_const_iterator pred_begin(const SchedGraphNode *N) {
486   return sg_pred_const_iterator(N->beginInEdges());
487 }
488 inline sg_pred_const_iterator pred_end(  const SchedGraphNode *N) {
489   return sg_pred_const_iterator(N->endInEdges());
490 }
491
492
493 // 
494 // sg_succ_iterator
495 // sg_succ_const_iterator
496 //
497 typedef SuccIterator<SchedGraphNode, SchedGraphEdge, SchedGraphNode::iterator>
498     sg_succ_iterator;
499 typedef SuccIterator<const SchedGraphNode, const SchedGraphEdge,SchedGraphNode::const_iterator>
500     sg_succ_const_iterator;
501
502 inline sg_succ_iterator       succ_begin(      SchedGraphNode *N) {
503   return sg_succ_iterator(N->beginOutEdges());
504 }
505 inline sg_succ_iterator       succ_end(        SchedGraphNode *N) {
506   return sg_succ_iterator(N->endOutEdges());
507 }
508 inline sg_succ_const_iterator succ_begin(const SchedGraphNode *N) {
509   return sg_succ_const_iterator(N->beginOutEdges());
510 }
511 inline sg_succ_const_iterator succ_end(  const SchedGraphNode *N) {
512   return sg_succ_const_iterator(N->endOutEdges());
513 }
514
515 // Provide specializations of GraphTraits to be able to use graph iterators on
516 // the scheduling graph!
517 //
518 template <> struct GraphTraits<SchedGraph*> {
519   typedef SchedGraphNode NodeType;
520   typedef sg_succ_iterator ChildIteratorType;
521
522   static inline NodeType *getEntryNode(SchedGraph *SG) { return SG->getRoot(); }
523   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { 
524     return succ_begin(N); 
525   }
526   static inline ChildIteratorType child_end(NodeType *N) { 
527     return succ_end(N);
528   }
529 };
530
531 template <> struct GraphTraits<const SchedGraph*> {
532   typedef const SchedGraphNode NodeType;
533   typedef sg_succ_const_iterator ChildIteratorType;
534
535   static inline NodeType *getEntryNode(const SchedGraph *SG) {
536     return SG->getRoot();
537   }
538   static inline ChildIteratorType child_begin(NodeType *N) { 
539     return succ_begin(N); 
540   }
541   static inline ChildIteratorType child_end(NodeType *N) { 
542     return succ_end(N);
543   }
544 };
545
546
547 //************************ External Functions *****************************/
548
549
550 ostream& operator<<(ostream& os, const SchedGraphEdge& edge);
551
552 ostream& operator<<(ostream& os, const SchedGraphNode& node);
553
554
555 /***************************************************************************/
556
557 #endif