40d757b645af08b77d53a2cf64f455e05f39e66c
[oota-llvm.git] / lib / Target / X86 / InstSelectSimple.cpp
1 //===-- InstSelectSimple.cpp - A simple instruction selector for x86 ------===//
2 //
3 // This file defines a simple peephole instruction selector for the x86 platform
4 //
5 //===----------------------------------------------------------------------===//
6
7 #include "X86.h"
8 #include "X86InstrInfo.h"
9 #include "X86InstrBuilder.h"
10 #include "llvm/Function.h"
11 #include "llvm/iTerminators.h"
12 #include "llvm/iOperators.h"
13 #include "llvm/iOther.h"
14 #include "llvm/iPHINode.h"
15 #include "llvm/iMemory.h"
16 #include "llvm/Type.h"
17 #include "llvm/DerivedTypes.h"
18 #include "llvm/Constants.h"
19 #include "llvm/Pass.h"
20 #include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
22 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
23 #include "llvm/Support/InstVisitor.h"
24 #include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
25 #include <map>
26
27 using namespace MOTy;  // Get Use, Def, UseAndDef
28
29 namespace {
30   struct ISel : public FunctionPass, InstVisitor<ISel> {
31     TargetMachine &TM;
32     MachineFunction *F;                    // The function we are compiling into
33     MachineBasicBlock *BB;                 // The current MBB we are compiling
34
35     unsigned CurReg;
36     std::map<Value*, unsigned> RegMap;  // Mapping between Val's and SSA Regs
37
38     ISel(TargetMachine &tm)
39       : TM(tm), F(0), BB(0), CurReg(MRegisterInfo::FirstVirtualRegister) {}
40
41     /// runOnFunction - Top level implementation of instruction selection for
42     /// the entire function.
43     ///
44     bool runOnFunction(Function &Fn) {
45       F = &MachineFunction::construct(&Fn, TM);
46       visit(Fn);
47       RegMap.clear();
48       CurReg = MRegisterInfo::FirstVirtualRegister;
49       F = 0;
50       return false;  // We never modify the LLVM itself.
51     }
52
53     /// visitBasicBlock - This method is called when we are visiting a new basic
54     /// block.  This simply creates a new MachineBasicBlock to emit code into
55     /// and adds it to the current MachineFunction.  Subsequent visit* for
56     /// instructions will be invoked for all instructions in the basic block.
57     ///
58     void visitBasicBlock(BasicBlock &LLVM_BB) {
59       BB = new MachineBasicBlock(&LLVM_BB);
60       // FIXME: Use the auto-insert form when it's available
61       F->getBasicBlockList().push_back(BB);
62     }
63
64     // Visitation methods for various instructions.  These methods simply emit
65     // fixed X86 code for each instruction.
66     //
67
68     // Control flow operators
69     void visitReturnInst(ReturnInst &RI);
70     void visitBranchInst(BranchInst &BI);
71     void visitCallInst(CallInst &I);
72
73     // Arithmetic operators
74     void visitSimpleBinary(BinaryOperator &B, unsigned OpcodeClass);
75     void visitAdd(BinaryOperator &B) { visitSimpleBinary(B, 0); }
76     void visitSub(BinaryOperator &B) { visitSimpleBinary(B, 1); }
77     void doMultiply(unsigned destReg, const Type *resultType,
78                     unsigned op0Reg, unsigned op1Reg);
79     void visitMul(BinaryOperator &B);
80
81     void visitDiv(BinaryOperator &B) { visitDivRem(B); }
82     void visitRem(BinaryOperator &B) { visitDivRem(B); }
83     void visitDivRem(BinaryOperator &B);
84
85     // Bitwise operators
86     void visitAnd(BinaryOperator &B) { visitSimpleBinary(B, 2); }
87     void visitOr (BinaryOperator &B) { visitSimpleBinary(B, 3); }
88     void visitXor(BinaryOperator &B) { visitSimpleBinary(B, 4); }
89
90     // Binary comparison operators
91     void visitSetCCInst(SetCondInst &I, unsigned OpNum);
92     void visitSetEQ(SetCondInst &I) { visitSetCCInst(I, 0); }
93     void visitSetNE(SetCondInst &I) { visitSetCCInst(I, 1); }
94     void visitSetLT(SetCondInst &I) { visitSetCCInst(I, 2); }
95     void visitSetGT(SetCondInst &I) { visitSetCCInst(I, 3); }
96     void visitSetLE(SetCondInst &I) { visitSetCCInst(I, 4); }
97     void visitSetGE(SetCondInst &I) { visitSetCCInst(I, 5); }
98
99     // Memory Instructions
100     void visitLoadInst(LoadInst &I);
101     void visitStoreInst(StoreInst &I);
102     void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &I);
103     void visitMallocInst(MallocInst &I);
104     void visitFreeInst(FreeInst &I);
105     void visitAllocaInst(AllocaInst &I);
106     
107     // Other operators
108     void visitShiftInst(ShiftInst &I);
109     void visitPHINode(PHINode &I);
110     void visitCastInst(CastInst &I);
111
112     void visitInstruction(Instruction &I) {
113       std::cerr << "Cannot instruction select: " << I;
114       abort();
115     }
116
117     /// promote32 - Make a value 32-bits wide, and put it somewhere.
118     void promote32 (const unsigned targetReg, Value *v);
119     
120     // emitGEPOperation - Common code shared between visitGetElementPtrInst and
121     // constant expression GEP support.
122     //
123     void emitGEPOperation(Value *Src, User::op_iterator IdxBegin,
124                           User::op_iterator IdxEnd, unsigned TargetReg);
125
126     /// copyConstantToRegister - Output the instructions required to put the
127     /// specified constant into the specified register.
128     ///
129     void copyConstantToRegister(Constant *C, unsigned Reg);
130
131     /// makeAnotherReg - This method returns the next register number
132     /// we haven't yet used.
133     unsigned makeAnotherReg(const Type *Ty) {
134       // Add the mapping of regnumber => reg class to MachineFunction
135       F->addRegMap(CurReg, TM.getRegisterInfo()->getRegClassForType(Ty));
136       return CurReg++;
137     }
138
139     /// getReg - This method turns an LLVM value into a register number.  This
140     /// is guaranteed to produce the same register number for a particular value
141     /// every time it is queried.
142     ///
143     unsigned getReg(Value &V) { return getReg(&V); }  // Allow references
144     unsigned getReg(Value *V) {
145       unsigned &Reg = RegMap[V];
146       if (Reg == 0) {
147         Reg = makeAnotherReg(V->getType());
148         RegMap[V] = Reg;
149       }
150
151       // If this operand is a constant, emit the code to copy the constant into
152       // the register here...
153       //
154       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
155         copyConstantToRegister(C, Reg);
156       } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) {
157         // Move the address of the global into the register
158         BuildMI(BB, X86::MOVir32, 1, Reg).addReg(GV);
159       } else if (Argument *A = dyn_cast<Argument>(V)) {
160         // Find the position of the argument in the argument list.
161         const Function *f = F->getFunction ();
162         int counter = 0, argPosition = -1;
163         for (Function::const_aiterator ai = f->abegin (), ae = f->aend ();
164              ai != ae; ++ai) {
165           ++counter;
166           if (&(*ai) == A) {
167             argPosition = counter;
168           }
169         }
170         assert (argPosition != -1
171                 && "Argument not found in current function's argument list");
172         // Load it out of the stack frame at EBP + 4*argPosition.
173         // (First, load Reg with argPosition, then load Reg with DWORD
174         // PTR [EBP + 4*Reg].)
175         BuildMI (BB, X86::MOVir32, 1, Reg).addZImm (argPosition);
176         BuildMI (BB, X86::MOVmr32, 4,
177                  Reg).addReg (X86::EBP).addZImm (4).addReg (Reg).addSImm (0);
178         // std::cerr << "ERROR: Arguments not implemented in SimpleInstSel\n";
179       }
180
181       return Reg;
182     }
183   };
184 }
185
186 /// TypeClass - Used by the X86 backend to group LLVM types by their basic X86
187 /// Representation.
188 ///
189 enum TypeClass {
190   cByte, cShort, cInt, cLong, cFloat, cDouble
191 };
192
193 /// getClass - Turn a primitive type into a "class" number which is based on the
194 /// size of the type, and whether or not it is floating point.
195 ///
196 static inline TypeClass getClass(const Type *Ty) {
197   switch (Ty->getPrimitiveID()) {
198   case Type::SByteTyID:
199   case Type::UByteTyID:   return cByte;      // Byte operands are class #0
200   case Type::ShortTyID:
201   case Type::UShortTyID:  return cShort;     // Short operands are class #1
202   case Type::IntTyID:
203   case Type::UIntTyID:
204   case Type::PointerTyID: return cInt;       // Int's and pointers are class #2
205
206   case Type::LongTyID:
207   case Type::ULongTyID:   //return cLong;      // Longs are class #3
208     return cInt;          // FIXME: LONGS ARE TREATED AS INTS!
209
210   case Type::FloatTyID:   return cFloat;     // Float is class #4
211   case Type::DoubleTyID:  return cDouble;    // Doubles are class #5
212   default:
213     assert(0 && "Invalid type to getClass!");
214     return cByte;  // not reached
215   }
216 }
217
218
219 /// copyConstantToRegister - Output the instructions required to put the
220 /// specified constant into the specified register.
221 ///
222 void ISel::copyConstantToRegister(Constant *C, unsigned R) {
223   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
224     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
225       emitGEPOperation(CE->getOperand(0), CE->op_begin()+1, CE->op_end(), R);
226       return;
227     }
228
229     std::cerr << "Offending expr: " << C << "\n";
230     assert (0 && "Constant expressions not yet handled!\n");
231   }
232
233   if (C->getType()->isIntegral()) {
234     unsigned Class = getClass(C->getType());
235     assert(Class != 3 && "Type not handled yet!");
236
237     static const unsigned IntegralOpcodeTab[] = {
238       X86::MOVir8, X86::MOVir16, X86::MOVir32
239     };
240
241     if (C->getType()->isSigned()) {
242       ConstantSInt *CSI = cast<ConstantSInt>(C);
243       BuildMI(BB, IntegralOpcodeTab[Class], 1, R).addSImm(CSI->getValue());
244     } else {
245       ConstantUInt *CUI = cast<ConstantUInt>(C);
246       BuildMI(BB, IntegralOpcodeTab[Class], 1, R).addZImm(CUI->getValue());
247     }
248   } else if (isa <ConstantPointerNull> (C)) {
249     // Copy zero (null pointer) to the register.
250     BuildMI (BB, X86::MOVir32, 1, R).addZImm(0);
251   } else if (ConstantPointerRef *CPR = dyn_cast<ConstantPointerRef>(C)) {
252     unsigned SrcReg = getReg(CPR->getValue());
253     BuildMI (BB, X86::MOVrr32, 1, R).addReg(SrcReg);
254   } else {
255     std::cerr << "Offending constant: " << C << "\n";
256     assert(0 && "Type not handled yet!");
257   }
258 }
259
260
261 /// SetCC instructions - Here we just emit boilerplate code to set a byte-sized
262 /// register, then move it to wherever the result should be. 
263 /// We handle FP setcc instructions by pushing them, doing a
264 /// compare-and-pop-twice, and then copying the concodes to the main
265 /// processor's concodes (I didn't make this up, it's in the Intel manual)
266 ///
267 void ISel::visitSetCCInst(SetCondInst &I, unsigned OpNum) {
268   // The arguments are already supposed to be of the same type.
269   const Type *CompTy = I.getOperand(0)->getType();
270   unsigned reg1 = getReg(I.getOperand(0));
271   unsigned reg2 = getReg(I.getOperand(1));
272
273   unsigned Class = getClass(CompTy);
274   switch (Class) {
275     // Emit: cmp <var1>, <var2> (do the comparison).  We can
276     // compare 8-bit with 8-bit, 16-bit with 16-bit, 32-bit with
277     // 32-bit.
278   case cByte:
279     BuildMI (BB, X86::CMPrr8, 2).addReg (reg1).addReg (reg2);
280     break;
281   case cShort:
282     BuildMI (BB, X86::CMPrr16, 2).addReg (reg1).addReg (reg2);
283     break;
284   case cInt:
285     BuildMI (BB, X86::CMPrr32, 2).addReg (reg1).addReg (reg2);
286     break;
287
288     // Push the variables on the stack with fldl opcodes.
289     // FIXME: assuming var1, var2 are in memory, if not, spill to
290     // stack first
291   case cFloat:  // Floats
292     BuildMI (BB, X86::FLDr32, 1).addReg (reg1);
293     BuildMI (BB, X86::FLDr32, 1).addReg (reg2);
294     break;
295   case cDouble:  // Doubles
296     BuildMI (BB, X86::FLDr64, 1).addReg (reg1);
297     BuildMI (BB, X86::FLDr64, 1).addReg (reg2);
298     break;
299   case cLong:
300   default:
301     visitInstruction(I);
302   }
303
304   if (CompTy->isFloatingPoint()) {
305     // (Non-trapping) compare and pop twice.
306     BuildMI (BB, X86::FUCOMPP, 0);
307     // Move fp status word (concodes) to ax.
308     BuildMI (BB, X86::FNSTSWr8, 1, X86::AX);
309     // Load real concodes from ax.
310     BuildMI (BB, X86::SAHF, 1).addReg(X86::AH);
311   }
312
313   // Emit setOp instruction (extract concode; clobbers ax),
314   // using the following mapping:
315   // LLVM  -> X86 signed  X86 unsigned
316   // -----    -----       -----
317   // seteq -> sete        sete
318   // setne -> setne       setne
319   // setlt -> setl        setb
320   // setgt -> setg        seta
321   // setle -> setle       setbe
322   // setge -> setge       setae
323
324   static const unsigned OpcodeTab[2][6] = {
325     {X86::SETEr, X86::SETNEr, X86::SETBr, X86::SETAr, X86::SETBEr, X86::SETAEr},
326     {X86::SETEr, X86::SETNEr, X86::SETLr, X86::SETGr, X86::SETLEr, X86::SETGEr},
327   };
328
329   BuildMI(BB, OpcodeTab[CompTy->isSigned()][OpNum], 0, X86::AL);
330   
331   // Put it in the result using a move.
332   BuildMI (BB, X86::MOVrr8, 1, getReg(I)).addReg(X86::AL);
333 }
334
335 /// promote32 - Emit instructions to turn a narrow operand into a 32-bit-wide
336 /// operand, in the specified target register.
337 void
338 ISel::promote32 (unsigned targetReg, Value *v)
339 {
340   unsigned vReg = getReg (v);
341   unsigned Class = getClass (v->getType ());
342   bool isUnsigned = v->getType ()->isUnsigned ();
343   assert (((Class == cByte) || (Class == cShort) || (Class == cInt))
344           && "Unpromotable operand class in promote32");
345   switch (Class)
346     {
347     case cByte:
348       // Extend value into target register (8->32)
349       if (isUnsigned)
350         BuildMI (BB, X86::MOVZXr32r8, 1, targetReg).addReg (vReg);
351       else
352         BuildMI (BB, X86::MOVSXr32r8, 1, targetReg).addReg (vReg);
353       break;
354     case cShort:
355       // Extend value into target register (16->32)
356       if (isUnsigned)
357         BuildMI (BB, X86::MOVZXr32r16, 1, targetReg).addReg (vReg);
358       else
359         BuildMI (BB, X86::MOVSXr32r16, 1, targetReg).addReg (vReg);
360       break;
361     case cInt:
362       // Move value into target register (32->32)
363       BuildMI (BB, X86::MOVrr32, 1, targetReg).addReg (vReg);
364       break;
365     }
366 }
367
368 /// 'ret' instruction - Here we are interested in meeting the x86 ABI.  As such,
369 /// we have the following possibilities:
370 ///
371 ///   ret void: No return value, simply emit a 'ret' instruction
372 ///   ret sbyte, ubyte : Extend value into EAX and return
373 ///   ret short, ushort: Extend value into EAX and return
374 ///   ret int, uint    : Move value into EAX and return
375 ///   ret pointer      : Move value into EAX and return
376 ///   ret long, ulong  : Move value into EAX/EDX and return
377 ///   ret float/double : Top of FP stack
378 ///
379 void
380 ISel::visitReturnInst (ReturnInst &I)
381 {
382   if (I.getNumOperands () == 0)
383     {
384       // Emit a 'ret' instruction
385       BuildMI (BB, X86::RET, 0);
386       return;
387     }
388   Value *rv = I.getOperand (0);
389   unsigned Class = getClass (rv->getType ());
390   switch (Class)
391     {
392       // integral return values: extend or move into EAX and return. 
393     case cByte:
394     case cShort:
395     case cInt:
396       promote32 (X86::EAX, rv);
397       break;
398       // ret float/double: top of FP stack
399       // FLD <val>
400     case cFloat:                // Floats
401       BuildMI (BB, X86::FLDr32, 1).addReg (getReg (rv));
402       break;
403     case cDouble:               // Doubles
404       BuildMI (BB, X86::FLDr64, 1).addReg (getReg (rv));
405       break;
406     case cLong:
407       // ret long: use EAX(least significant 32 bits)/EDX (most
408       // significant 32)...uh, I think so Brain, but how do i call
409       // up the two parts of the value from inside this mouse
410       // cage? *zort*
411     default:
412       visitInstruction (I);
413     }
414   // Emit a 'ret' instruction
415   BuildMI (BB, X86::RET, 0);
416 }
417
418 /// visitBranchInst - Handle conditional and unconditional branches here.  Note
419 /// that since code layout is frozen at this point, that if we are trying to
420 /// jump to a block that is the immediate successor of the current block, we can
421 /// just make a fall-through. (but we don't currently).
422 ///
423 void
424 ISel::visitBranchInst (BranchInst & BI)
425 {
426   if (BI.isConditional ())
427     {
428       BasicBlock *ifTrue = BI.getSuccessor (0);
429       BasicBlock *ifFalse = BI.getSuccessor (1); // this is really unobvious 
430
431       // simplest thing I can think of: compare condition with zero,
432       // followed by jump-if-equal to ifFalse, and jump-if-nonequal to
433       // ifTrue
434       unsigned int condReg = getReg (BI.getCondition ());
435       BuildMI (BB, X86::CMPri8, 2).addReg (condReg).addZImm (0);
436       BuildMI (BB, X86::JNE, 1).addPCDisp (BI.getSuccessor (0));
437       BuildMI (BB, X86::JE, 1).addPCDisp (BI.getSuccessor (1));
438     }
439   else // unconditional branch
440     {
441       BuildMI (BB, X86::JMP, 1).addPCDisp (BI.getSuccessor (0));
442     }
443 }
444
445 /// visitCallInst - Push args on stack and do a procedure call instruction.
446 void
447 ISel::visitCallInst (CallInst & CI)
448 {
449   // keep a counter of how many bytes we pushed on the stack
450   unsigned bytesPushed = 0;
451
452   // Push the arguments on the stack in reverse order, as specified by
453   // the ABI.
454   for (unsigned i = CI.getNumOperands()-1; i >= 1; --i)
455     {
456       Value *v = CI.getOperand (i);
457       switch (getClass (v->getType ()))
458         {
459         case cByte:
460         case cShort:
461           // Promote V to 32 bits wide, and move the result into EAX,
462           // then push EAX.
463           promote32 (X86::EAX, v);
464           BuildMI (BB, X86::PUSHr32, 1).addReg (X86::EAX);
465           bytesPushed += 4;
466           break;
467         case cInt:
468         case cFloat: {
469           unsigned Reg = getReg(v);
470           BuildMI (BB, X86::PUSHr32, 1).addReg(Reg);
471           bytesPushed += 4;
472           break;
473         }
474         default:
475           // FIXME: long/ulong/double args not handled.
476           visitInstruction (CI);
477           break;
478         }
479     }
480   // Emit a CALL instruction with PC-relative displacement.
481   BuildMI (BB, X86::CALLpcrel32, 1).addPCDisp (CI.getCalledValue ());
482
483   // Adjust the stack by `bytesPushed' amount if non-zero
484   if (bytesPushed > 0)
485     BuildMI (BB, X86::ADDri32, 2).addReg(X86::ESP).addZImm(bytesPushed);
486
487   // If there is a return value, scavenge the result from the location the call
488   // leaves it in...
489   //
490   if (CI.getType() != Type::VoidTy) {
491     unsigned resultTypeClass = getClass (CI.getType ());
492     switch (resultTypeClass) {
493     case cByte:
494     case cShort:
495     case cInt: {
496       // Integral results are in %eax, or the appropriate portion
497       // thereof.
498       static const unsigned regRegMove[] = {
499         X86::MOVrr8, X86::MOVrr16, X86::MOVrr32
500       };
501       static const unsigned AReg[] = { X86::AL, X86::AX, X86::EAX };
502       BuildMI (BB, regRegMove[resultTypeClass], 1,
503                getReg (CI)).addReg (AReg[resultTypeClass]);
504       break;
505     }
506     case cFloat:
507       // Floating-point return values live in %st(0) (i.e., the top of
508       // the FP stack.) The general way to approach this is to do a
509       // FSTP to save the top of the FP stack on the real stack, then
510       // do a MOV to load the top of the real stack into the target
511       // register.
512       visitInstruction (CI); // FIXME: add the right args for the calls below
513       // BuildMI (BB, X86::FSTPm32, 0);
514       // BuildMI (BB, X86::MOVmr32, 0);
515       break;
516     default:
517       std::cerr << "Cannot get return value for call of type '"
518                 << *CI.getType() << "'\n";
519       visitInstruction(CI);
520     }
521   }
522 }
523
524 /// visitSimpleBinary - Implement simple binary operators for integral types...
525 /// OperatorClass is one of: 0 for Add, 1 for Sub, 2 for And, 3 for Or,
526 /// 4 for Xor.
527 ///
528 void ISel::visitSimpleBinary(BinaryOperator &B, unsigned OperatorClass) {
529   if (B.getType() == Type::BoolTy)  // FIXME: Handle bools for logicals
530     visitInstruction(B);
531
532   unsigned Class = getClass(B.getType());
533   if (Class > 2)  // FIXME: Handle longs
534     visitInstruction(B);
535
536   static const unsigned OpcodeTab[][4] = {
537     // Arithmetic operators
538     { X86::ADDrr8, X86::ADDrr16, X86::ADDrr32, 0 },  // ADD
539     { X86::SUBrr8, X86::SUBrr16, X86::SUBrr32, 0 },  // SUB
540
541     // Bitwise operators
542     { X86::ANDrr8, X86::ANDrr16, X86::ANDrr32, 0 },  // AND
543     { X86:: ORrr8, X86:: ORrr16, X86:: ORrr32, 0 },  // OR
544     { X86::XORrr8, X86::XORrr16, X86::XORrr32, 0 },  // XOR
545   };
546   
547   unsigned Opcode = OpcodeTab[OperatorClass][Class];
548   unsigned Op0r = getReg(B.getOperand(0));
549   unsigned Op1r = getReg(B.getOperand(1));
550   BuildMI(BB, Opcode, 2, getReg(B)).addReg(Op0r).addReg(Op1r);
551 }
552
553 /// doMultiply - Emit appropriate instructions to multiply together
554 /// the registers op0Reg and op1Reg, and put the result in destReg.
555 /// The type of the result should be given as resultType.
556 void
557 ISel::doMultiply(unsigned destReg, const Type *resultType,
558                  unsigned op0Reg, unsigned op1Reg)
559 {
560   unsigned Class = getClass (resultType);
561
562   // FIXME:
563   assert (Class <= 2 && "Someday, we will learn how to multiply"
564           "longs and floating-point numbers. This is not that day.");
565  
566   static const unsigned Regs[]     ={ X86::AL    , X86::AX     , X86::EAX     };
567   static const unsigned MulOpcode[]={ X86::MULrr8, X86::MULrr16, X86::MULrr32 };
568   static const unsigned MovOpcode[]={ X86::MOVrr8, X86::MOVrr16, X86::MOVrr32 };
569   unsigned Reg     = Regs[Class];
570
571   // Emit a MOV to put the first operand into the appropriately-sized
572   // subreg of EAX.
573   BuildMI (BB, MovOpcode[Class], 1, Reg).addReg (op0Reg);
574   
575   // Emit the appropriate multiply instruction.
576   BuildMI (BB, MulOpcode[Class], 1).addReg (op1Reg);
577
578   // Emit another MOV to put the result into the destination register.
579   BuildMI (BB, MovOpcode[Class], 1, destReg).addReg (Reg);
580 }
581
582 /// visitMul - Multiplies are not simple binary operators because they must deal
583 /// with the EAX register explicitly.
584 ///
585 void ISel::visitMul(BinaryOperator &I) {
586   doMultiply (getReg (I), I.getType (),
587               getReg (I.getOperand (0)), getReg (I.getOperand (1)));
588 }
589
590
591 /// visitDivRem - Handle division and remainder instructions... these
592 /// instruction both require the same instructions to be generated, they just
593 /// select the result from a different register.  Note that both of these
594 /// instructions work differently for signed and unsigned operands.
595 ///
596 void ISel::visitDivRem(BinaryOperator &I) {
597   unsigned Class = getClass(I.getType());
598   if (Class > 2)  // FIXME: Handle longs
599     visitInstruction(I);
600
601   static const unsigned Regs[]     ={ X86::AL    , X86::AX     , X86::EAX     };
602   static const unsigned MovOpcode[]={ X86::MOVrr8, X86::MOVrr16, X86::MOVrr32 };
603   static const unsigned ExtOpcode[]={ X86::CBW   , X86::CWD    , X86::CDQ     };
604   static const unsigned ClrOpcode[]={ X86::XORrr8, X86::XORrr16, X86::XORrr32 };
605   static const unsigned ExtRegs[]  ={ X86::AH    , X86::DX     , X86::EDX     };
606
607   static const unsigned DivOpcode[][4] = {
608     { X86::DIVrr8 , X86::DIVrr16 , X86::DIVrr32 , 0 },  // Unsigned division
609     { X86::IDIVrr8, X86::IDIVrr16, X86::IDIVrr32, 0 },  // Signed division
610   };
611
612   bool isSigned   = I.getType()->isSigned();
613   unsigned Reg    = Regs[Class];
614   unsigned ExtReg = ExtRegs[Class];
615   unsigned Op0Reg = getReg(I.getOperand(0));
616   unsigned Op1Reg = getReg(I.getOperand(1));
617
618   // Put the first operand into one of the A registers...
619   BuildMI(BB, MovOpcode[Class], 1, Reg).addReg(Op0Reg);
620
621   if (isSigned) {
622     // Emit a sign extension instruction...
623     BuildMI(BB, ExtOpcode[Class], 0);
624   } else {
625     // If unsigned, emit a zeroing instruction... (reg = xor reg, reg)
626     BuildMI(BB, ClrOpcode[Class], 2, ExtReg).addReg(ExtReg).addReg(ExtReg);
627   }
628
629   // Emit the appropriate divide or remainder instruction...
630   BuildMI(BB, DivOpcode[isSigned][Class], 1).addReg(Op1Reg);
631
632   // Figure out which register we want to pick the result out of...
633   unsigned DestReg = (I.getOpcode() == Instruction::Div) ? Reg : ExtReg;
634   
635   // Put the result into the destination register...
636   BuildMI(BB, MovOpcode[Class], 1, getReg(I)).addReg(DestReg);
637 }
638
639
640 /// Shift instructions: 'shl', 'sar', 'shr' - Some special cases here
641 /// for constant immediate shift values, and for constant immediate
642 /// shift values equal to 1. Even the general case is sort of special,
643 /// because the shift amount has to be in CL, not just any old register.
644 ///
645 void ISel::visitShiftInst (ShiftInst &I) {
646   unsigned Op0r = getReg (I.getOperand(0));
647   unsigned DestReg = getReg(I);
648   bool isLeftShift = I.getOpcode() == Instruction::Shl;
649   bool isOperandSigned = I.getType()->isUnsigned();
650   unsigned OperandClass = getClass(I.getType());
651
652   if (OperandClass > 2)
653     visitInstruction(I); // Can't handle longs yet!
654
655   if (ConstantUInt *CUI = dyn_cast <ConstantUInt> (I.getOperand (1)))
656     {
657       // The shift amount is constant, guaranteed to be a ubyte. Get its value.
658       assert(CUI->getType() == Type::UByteTy && "Shift amount not a ubyte?");
659       unsigned char shAmt = CUI->getValue();
660
661       static const unsigned ConstantOperand[][4] = {
662         { X86::SHRir8, X86::SHRir16, X86::SHRir32, 0 },  // SHR
663         { X86::SARir8, X86::SARir16, X86::SARir32, 0 },  // SAR
664         { X86::SHLir8, X86::SHLir16, X86::SHLir32, 0 },  // SHL
665         { X86::SHLir8, X86::SHLir16, X86::SHLir32, 0 },  // SAL = SHL
666       };
667
668       const unsigned *OpTab = // Figure out the operand table to use
669         ConstantOperand[isLeftShift*2+isOperandSigned];
670
671       // Emit: <insn> reg, shamt  (shift-by-immediate opcode "ir" form.)
672       BuildMI(BB, OpTab[OperandClass], 2, DestReg).addReg(Op0r).addZImm(shAmt);
673     }
674   else
675     {
676       // The shift amount is non-constant.
677       //
678       // In fact, you can only shift with a variable shift amount if
679       // that amount is already in the CL register, so we have to put it
680       // there first.
681       //
682
683       // Emit: move cl, shiftAmount (put the shift amount in CL.)
684       BuildMI(BB, X86::MOVrr8, 1, X86::CL).addReg(getReg(I.getOperand(1)));
685
686       // This is a shift right (SHR).
687       static const unsigned NonConstantOperand[][4] = {
688         { X86::SHRrr8, X86::SHRrr16, X86::SHRrr32, 0 },  // SHR
689         { X86::SARrr8, X86::SARrr16, X86::SARrr32, 0 },  // SAR
690         { X86::SHLrr8, X86::SHLrr16, X86::SHLrr32, 0 },  // SHL
691         { X86::SHLrr8, X86::SHLrr16, X86::SHLrr32, 0 },  // SAL = SHL
692       };
693
694       const unsigned *OpTab = // Figure out the operand table to use
695         NonConstantOperand[isLeftShift*2+isOperandSigned];
696
697       BuildMI(BB, OpTab[OperandClass], 1, DestReg).addReg(Op0r);
698     }
699 }
700
701
702 /// visitLoadInst - Implement LLVM load instructions in terms of the x86 'mov'
703 /// instruction.
704 ///
705 void ISel::visitLoadInst(LoadInst &I) {
706   unsigned Class = getClass(I.getType());
707   if (Class > 2)  // FIXME: Handle longs and others...
708     visitInstruction(I);
709
710   static const unsigned Opcode[] = { X86::MOVmr8, X86::MOVmr16, X86::MOVmr32 };
711
712   unsigned AddressReg = getReg(I.getOperand(0));
713   addDirectMem(BuildMI(BB, Opcode[Class], 4, getReg(I)), AddressReg);
714 }
715
716
717 /// visitStoreInst - Implement LLVM store instructions in terms of the x86 'mov'
718 /// instruction.
719 ///
720 void ISel::visitStoreInst(StoreInst &I) {
721   unsigned Class = getClass(I.getOperand(0)->getType());
722   if (Class > 2)  // FIXME: Handle longs and others...
723     visitInstruction(I);
724
725   static const unsigned Opcode[] = { X86::MOVrm8, X86::MOVrm16, X86::MOVrm32 };
726
727   unsigned ValReg = getReg(I.getOperand(0));
728   unsigned AddressReg = getReg(I.getOperand(1));
729   addDirectMem(BuildMI(BB, Opcode[Class], 1+4), AddressReg).addReg(ValReg);
730 }
731
732
733 /// visitPHINode - Turn an LLVM PHI node into an X86 PHI node...
734 ///
735 void ISel::visitPHINode(PHINode &PN) {
736   MachineInstr *MI = BuildMI(BB, X86::PHI, PN.getNumOperands(), getReg(PN));
737
738   for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
739     // FIXME: This will put constants after the PHI nodes in the block, which
740     // is invalid.  They should be put inline into the PHI node eventually.
741     //
742     MI->addRegOperand(getReg(PN.getIncomingValue(i)));
743     MI->addPCDispOperand(PN.getIncomingBlock(i));
744   }
745 }
746
747 /// visitCastInst - Here we have various kinds of copying with or without
748 /// sign extension going on.
749 void
750 ISel::visitCastInst (CastInst &CI)
751 {
752   const Type *targetType = CI.getType ();
753   Value *operand = CI.getOperand (0);
754   unsigned int operandReg = getReg (operand);
755   const Type *sourceType = operand->getType ();
756   unsigned int destReg = getReg (CI);
757   //
758   // Currently we handle:
759   //
760   // 1) cast * to bool
761   //
762   // 2) cast {sbyte, ubyte} to {sbyte, ubyte}
763   //    cast {short, ushort} to {ushort, short}
764   //    cast {int, uint, ptr} to {int, uint, ptr}
765   //
766   // 3) cast {sbyte, ubyte} to {ushort, short}
767   //    cast {sbyte, ubyte} to {int, uint, ptr}
768   //    cast {short, ushort} to {int, uint, ptr}
769   //
770   // 4) cast {int, uint, ptr} to {short, ushort}
771   //    cast {int, uint, ptr} to {sbyte, ubyte}
772   //    cast {short, ushort} to {sbyte, ubyte}
773   //
774   // 1) Implement casts to bool by using compare on the operand followed
775   // by set if not zero on the result.
776   if (targetType == Type::BoolTy)
777     {
778       BuildMI (BB, X86::CMPri8, 2).addReg (operandReg).addZImm (0);
779       BuildMI (BB, X86::SETNEr, 1, destReg);
780       return;
781     }
782   // 2) Implement casts between values of the same type class (as determined
783   // by getClass) by using a register-to-register move.
784   unsigned int srcClass = getClass (sourceType);
785   unsigned int targClass = getClass (targetType);
786   static const unsigned regRegMove[] = {
787     X86::MOVrr8, X86::MOVrr16, X86::MOVrr32
788   };
789   if ((srcClass < 3) && (targClass < 3) && (srcClass == targClass))
790     {
791       BuildMI (BB, regRegMove[srcClass], 1, destReg).addReg (operandReg);
792       return;
793     }
794   // 3) Handle cast of SMALLER int to LARGER int using a move with sign
795   // extension or zero extension, depending on whether the source type
796   // was signed.
797   if ((srcClass < 3) && (targClass < 3) && (srcClass < targClass))
798     {
799       static const unsigned ops[] = {
800         X86::MOVSXr16r8, X86::MOVSXr32r8, X86::MOVSXr32r16,
801         X86::MOVZXr16r8, X86::MOVZXr32r8, X86::MOVZXr32r16
802       };
803       unsigned srcSigned = sourceType->isSigned ();
804       BuildMI (BB, ops[3 * srcSigned + srcClass + targClass - 1], 1,
805                destReg).addReg (operandReg);
806       return;
807     }
808   // 4) Handle cast of LARGER int to SMALLER int using a move to EAX
809   // followed by a move out of AX or AL.
810   if ((srcClass < 3) && (targClass < 3) && (srcClass > targClass))
811     {
812       static const unsigned AReg[] = { X86::AL, X86::AX, X86::EAX };
813       BuildMI (BB, regRegMove[srcClass], 1,
814                AReg[srcClass]).addReg (operandReg);
815       BuildMI (BB, regRegMove[targClass], 1, destReg).addReg (AReg[srcClass]);
816       return;
817     }
818   // Anything we haven't handled already, we can't (yet) handle at all.
819   //
820   // FP to integral casts can be handled with FISTP to store onto the
821   // stack while converting to integer, followed by a MOV to load from
822   // the stack into the result register. Integral to FP casts can be
823   // handled with MOV to store onto the stack, followed by a FILD to
824   // load from the stack while converting to FP. For the moment, I
825   // can't quite get straight in my head how to borrow myself some
826   // stack space and write on it. Otherwise, this would be trivial.
827   visitInstruction (CI);
828 }
829
830 /// visitGetElementPtrInst - I don't know, most programs don't have
831 /// getelementptr instructions, right? That means we can put off
832 /// implementing this, right? Right. This method emits machine
833 /// instructions to perform type-safe pointer arithmetic. I am
834 /// guessing this could be cleaned up somewhat to use fewer temporary
835 /// registers.
836 void
837 ISel::visitGetElementPtrInst (GetElementPtrInst &I)
838 {
839   emitGEPOperation(I.getOperand(0), I.op_begin()+1, I.op_end(), getReg(I));
840 }
841
842 void ISel::emitGEPOperation(Value *Src, User::op_iterator IdxBegin,
843                             User::op_iterator IdxEnd, unsigned TargetReg) {
844   const TargetData &TD = TM.getTargetData();
845   const Type *Ty = Src->getType();
846   unsigned basePtrReg = getReg(Src);
847
848   // GEPs have zero or more indices; we must perform a struct access
849   // or array access for each one.
850   for (GetElementPtrInst::op_iterator oi = IdxBegin,
851          oe = IdxEnd; oi != oe; ++oi) {
852     Value *idx = *oi;
853     unsigned nextBasePtrReg = makeAnotherReg(Type::UIntTy);
854     if (const StructType *StTy = dyn_cast <StructType> (Ty)) {
855       // It's a struct access.  idx is the index into the structure,
856       // which names the field. This index must have ubyte type.
857       const ConstantUInt *CUI = cast <ConstantUInt> (idx);
858       assert (CUI->getType () == Type::UByteTy
859               && "Funny-looking structure index in GEP");
860       // Use the TargetData structure to pick out what the layout of
861       // the structure is in memory.  Since the structure index must
862       // be constant, we can get its value and use it to find the
863       // right byte offset from the StructLayout class's list of
864       // structure member offsets.
865       unsigned idxValue = CUI->getValue ();
866       unsigned memberOffset =
867         TD.getStructLayout (StTy)->MemberOffsets[idxValue];
868       // Emit an ADD to add memberOffset to the basePtr.
869       BuildMI (BB, X86::ADDri32, 2,
870                nextBasePtrReg).addReg (basePtrReg).addZImm (memberOffset);
871       // The next type is the member of the structure selected by the
872       // index.
873       Ty = StTy->getElementTypes ()[idxValue];
874     } else if (const SequentialType *SqTy = cast <SequentialType> (Ty)) {
875       // It's an array or pointer access: [ArraySize x ElementType].
876       const Type *typeOfSequentialTypeIndex = SqTy->getIndexType ();
877       // idx is the index into the array.  Unlike with structure
878       // indices, we may not know its actual value at code-generation
879       // time.
880       assert (idx->getType () == typeOfSequentialTypeIndex
881               && "Funny-looking array index in GEP");
882       // We want to add basePtrReg to (idxReg * sizeof
883       // ElementType). First, we must find the size of the pointed-to
884       // type.  (Not coincidentally, the next type is the type of the
885       // elements in the array.)
886       Ty = SqTy->getElementType ();
887       unsigned elementSize = TD.getTypeSize (Ty);
888       unsigned elementSizeReg = makeAnotherReg(Type::UIntTy);
889       copyConstantToRegister (ConstantInt::get (typeOfSequentialTypeIndex,
890                                                 elementSize),
891                               elementSizeReg);
892       unsigned idxReg = getReg (idx);
893       // Emit a MUL to multiply the register holding the index by
894       // elementSize, putting the result in memberOffsetReg.
895       unsigned memberOffsetReg = makeAnotherReg(Type::UIntTy);
896       doMultiply (memberOffsetReg, typeOfSequentialTypeIndex,
897                   elementSizeReg, idxReg);
898       // Emit an ADD to add memberOffsetReg to the basePtr.
899       BuildMI (BB, X86::ADDrr32, 2,
900                nextBasePtrReg).addReg (basePtrReg).addReg (memberOffsetReg);
901     }
902     // Now that we are here, further indices refer to subtypes of this
903     // one, so we don't need to worry about basePtrReg itself, anymore.
904     basePtrReg = nextBasePtrReg;
905   }
906   // After we have processed all the indices, the result is left in
907   // basePtrReg.  Move it to the register where we were expected to
908   // put the answer.  A 32-bit move should do it, because we are in
909   // ILP32 land.
910   BuildMI (BB, X86::MOVrr32, 1, TargetReg).addReg (basePtrReg);
911 }
912
913
914 /// visitMallocInst - I know that personally, whenever I want to remember
915 /// something, I have to clear off some space in my brain.
916 void
917 ISel::visitMallocInst (MallocInst &I)
918 {
919   // We assume that by this point, malloc instructions have been
920   // lowered to calls, and dlsym will magically find malloc for us.
921   // So we do not want to see malloc instructions here.
922   visitInstruction (I);
923 }
924
925
926 /// visitFreeInst - same story as MallocInst
927 void
928 ISel::visitFreeInst (FreeInst &I)
929 {
930   // We assume that by this point, free instructions have been
931   // lowered to calls, and dlsym will magically find free for us.
932   // So we do not want to see free instructions here.
933   visitInstruction (I);
934 }
935
936
937 /// visitAllocaInst - I want some stack space. Come on, man, I said I
938 /// want some freakin' stack space.
939 void
940 ISel::visitAllocaInst (AllocaInst &I)
941 {
942   // Find the data size of the alloca inst's getAllocatedType.
943   const Type *allocatedType = I.getAllocatedType ();
944   const TargetData &TD = TM.DataLayout;
945   unsigned allocatedTypeSize = TD.getTypeSize (allocatedType);
946   // Keep stack 32-bit aligned.
947   unsigned int allocatedTypeWords = allocatedTypeSize / 4;
948   if (allocatedTypeSize % 4 != 0) { allocatedTypeWords++; }
949   // Subtract size from stack pointer, thereby allocating some space.
950   BuildMI (BB, X86::SUBri32, 1, X86::ESP).addZImm (allocatedTypeWords * 4);
951   // Put a pointer to the space into the result register, by copying
952   // the stack pointer.
953   BuildMI (BB, X86::MOVrr32, 1, getReg (I)).addReg (X86::ESP);
954 }
955     
956
957 /// createSimpleX86InstructionSelector - This pass converts an LLVM function
958 /// into a machine code representation is a very simple peep-hole fashion.  The
959 /// generated code sucks but the implementation is nice and simple.
960 ///
961 Pass *createSimpleX86InstructionSelector(TargetMachine &TM) {
962   return new ISel(TM);
963 }