54cf29229d7916f7202f34434304387632beb79c
[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         // The function's arguments look like this:
163         // [EBP]     -- copy of old EBP
164         // [EBP + 4] -- return address
165         // [EBP + 8] -- first argument (leftmost lexically)
166         // So we want to start with counter = 2.
167         int counter = 2, argPosition = -1;
168         for (Function::const_aiterator ai = f->abegin (), ae = f->aend ();
169              ai != ae; ++ai) {
170           if (&(*ai) == A) {
171             argPosition = counter;
172             break; // Only need to find it once. ;-)
173           }
174           ++counter;
175         }
176         assert (argPosition != -1
177                 && "Argument not found in current function's argument list");
178         // Load it out of the stack frame at EBP + 4*argPosition.
179         addRegOffset (BuildMI (BB, X86::MOVmr32, 4, Reg), X86::EBP, 4*argPosition);
180       }
181
182       return Reg;
183     }
184   };
185 }
186
187 /// TypeClass - Used by the X86 backend to group LLVM types by their basic X86
188 /// Representation.
189 ///
190 enum TypeClass {
191   cByte, cShort, cInt, cLong, cFloat, cDouble
192 };
193
194 /// getClass - Turn a primitive type into a "class" number which is based on the
195 /// size of the type, and whether or not it is floating point.
196 ///
197 static inline TypeClass getClass(const Type *Ty) {
198   switch (Ty->getPrimitiveID()) {
199   case Type::SByteTyID:
200   case Type::UByteTyID:   return cByte;      // Byte operands are class #0
201   case Type::ShortTyID:
202   case Type::UShortTyID:  return cShort;     // Short operands are class #1
203   case Type::IntTyID:
204   case Type::UIntTyID:
205   case Type::PointerTyID: return cInt;       // Int's and pointers are class #2
206
207   case Type::LongTyID:
208   case Type::ULongTyID:   //return cLong;      // Longs are class #3
209     return cInt;          // FIXME: LONGS ARE TREATED AS INTS!
210
211   case Type::FloatTyID:   return cFloat;     // Float is class #4
212   case Type::DoubleTyID:  return cDouble;    // Doubles are class #5
213   default:
214     assert(0 && "Invalid type to getClass!");
215     return cByte;  // not reached
216   }
217 }
218
219
220 /// copyConstantToRegister - Output the instructions required to put the
221 /// specified constant into the specified register.
222 ///
223 void ISel::copyConstantToRegister(Constant *C, unsigned R) {
224   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
225     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
226       emitGEPOperation(CE->getOperand(0), CE->op_begin()+1, CE->op_end(), R);
227       return;
228     }
229
230     std::cerr << "Offending expr: " << C << "\n";
231     assert (0 && "Constant expressions not yet handled!\n");
232   }
233
234   if (C->getType()->isIntegral()) {
235     unsigned Class = getClass(C->getType());
236     assert(Class != 3 && "Type not handled yet!");
237
238     static const unsigned IntegralOpcodeTab[] = {
239       X86::MOVir8, X86::MOVir16, X86::MOVir32
240     };
241
242     if (C->getType()->isSigned()) {
243       ConstantSInt *CSI = cast<ConstantSInt>(C);
244       BuildMI(BB, IntegralOpcodeTab[Class], 1, R).addSImm(CSI->getValue());
245     } else {
246       ConstantUInt *CUI = cast<ConstantUInt>(C);
247       BuildMI(BB, IntegralOpcodeTab[Class], 1, R).addZImm(CUI->getValue());
248     }
249   } else if (isa <ConstantPointerNull> (C)) {
250     // Copy zero (null pointer) to the register.
251     BuildMI (BB, X86::MOVir32, 1, R).addZImm(0);
252   } else if (ConstantPointerRef *CPR = dyn_cast<ConstantPointerRef>(C)) {
253     unsigned SrcReg = getReg(CPR->getValue());
254     BuildMI (BB, X86::MOVrr32, 1, R).addReg(SrcReg);
255   } else {
256     std::cerr << "Offending constant: " << C << "\n";
257     assert(0 && "Type not handled yet!");
258   }
259 }
260
261
262 /// SetCC instructions - Here we just emit boilerplate code to set a byte-sized
263 /// register, then move it to wherever the result should be. 
264 /// We handle FP setcc instructions by pushing them, doing a
265 /// compare-and-pop-twice, and then copying the concodes to the main
266 /// processor's concodes (I didn't make this up, it's in the Intel manual)
267 ///
268 void ISel::visitSetCCInst(SetCondInst &I, unsigned OpNum) {
269   // The arguments are already supposed to be of the same type.
270   const Type *CompTy = I.getOperand(0)->getType();
271   unsigned reg1 = getReg(I.getOperand(0));
272   unsigned reg2 = getReg(I.getOperand(1));
273
274   unsigned Class = getClass(CompTy);
275   switch (Class) {
276     // Emit: cmp <var1>, <var2> (do the comparison).  We can
277     // compare 8-bit with 8-bit, 16-bit with 16-bit, 32-bit with
278     // 32-bit.
279   case cByte:
280     BuildMI (BB, X86::CMPrr8, 2).addReg (reg1).addReg (reg2);
281     break;
282   case cShort:
283     BuildMI (BB, X86::CMPrr16, 2).addReg (reg1).addReg (reg2);
284     break;
285   case cInt:
286     BuildMI (BB, X86::CMPrr32, 2).addReg (reg1).addReg (reg2);
287     break;
288
289     // Push the variables on the stack with fldl opcodes.
290     // FIXME: assuming var1, var2 are in memory, if not, spill to
291     // stack first
292   case cFloat:  // Floats
293     BuildMI (BB, X86::FLDr32, 1).addReg (reg1);
294     BuildMI (BB, X86::FLDr32, 1).addReg (reg2);
295     break;
296   case cDouble:  // Doubles
297     BuildMI (BB, X86::FLDr64, 1).addReg (reg1);
298     BuildMI (BB, X86::FLDr64, 1).addReg (reg2);
299     break;
300   case cLong:
301   default:
302     visitInstruction(I);
303   }
304
305   if (CompTy->isFloatingPoint()) {
306     // (Non-trapping) compare and pop twice.
307     BuildMI (BB, X86::FUCOMPP, 0);
308     // Move fp status word (concodes) to ax.
309     BuildMI (BB, X86::FNSTSWr8, 1, X86::AX);
310     // Load real concodes from ax.
311     BuildMI (BB, X86::SAHF, 1).addReg(X86::AH);
312   }
313
314   // Emit setOp instruction (extract concode; clobbers ax),
315   // using the following mapping:
316   // LLVM  -> X86 signed  X86 unsigned
317   // -----    -----       -----
318   // seteq -> sete        sete
319   // setne -> setne       setne
320   // setlt -> setl        setb
321   // setgt -> setg        seta
322   // setle -> setle       setbe
323   // setge -> setge       setae
324
325   static const unsigned OpcodeTab[2][6] = {
326     {X86::SETEr, X86::SETNEr, X86::SETBr, X86::SETAr, X86::SETBEr, X86::SETAEr},
327     {X86::SETEr, X86::SETNEr, X86::SETLr, X86::SETGr, X86::SETLEr, X86::SETGEr},
328   };
329
330   BuildMI(BB, OpcodeTab[CompTy->isSigned()][OpNum], 0, X86::AL);
331   
332   // Put it in the result using a move.
333   BuildMI (BB, X86::MOVrr8, 1, getReg(I)).addReg(X86::AL);
334 }
335
336 /// promote32 - Emit instructions to turn a narrow operand into a 32-bit-wide
337 /// operand, in the specified target register.
338 void
339 ISel::promote32 (unsigned targetReg, Value *v)
340 {
341   unsigned vReg = getReg (v);
342   unsigned Class = getClass (v->getType ());
343   bool isUnsigned = v->getType ()->isUnsigned ();
344   assert (((Class == cByte) || (Class == cShort) || (Class == cInt))
345           && "Unpromotable operand class in promote32");
346   switch (Class)
347     {
348     case cByte:
349       // Extend value into target register (8->32)
350       if (isUnsigned)
351         BuildMI (BB, X86::MOVZXr32r8, 1, targetReg).addReg (vReg);
352       else
353         BuildMI (BB, X86::MOVSXr32r8, 1, targetReg).addReg (vReg);
354       break;
355     case cShort:
356       // Extend value into target register (16->32)
357       if (isUnsigned)
358         BuildMI (BB, X86::MOVZXr32r16, 1, targetReg).addReg (vReg);
359       else
360         BuildMI (BB, X86::MOVSXr32r16, 1, targetReg).addReg (vReg);
361       break;
362     case cInt:
363       // Move value into target register (32->32)
364       BuildMI (BB, X86::MOVrr32, 1, targetReg).addReg (vReg);
365       break;
366     }
367 }
368
369 /// 'ret' instruction - Here we are interested in meeting the x86 ABI.  As such,
370 /// we have the following possibilities:
371 ///
372 ///   ret void: No return value, simply emit a 'ret' instruction
373 ///   ret sbyte, ubyte : Extend value into EAX and return
374 ///   ret short, ushort: Extend value into EAX and return
375 ///   ret int, uint    : Move value into EAX and return
376 ///   ret pointer      : Move value into EAX and return
377 ///   ret long, ulong  : Move value into EAX/EDX and return
378 ///   ret float/double : Top of FP stack
379 ///
380 void
381 ISel::visitReturnInst (ReturnInst &I)
382 {
383   if (I.getNumOperands () == 0)
384     {
385       // Emit a 'ret' instruction
386       BuildMI (BB, X86::RET, 0);
387       return;
388     }
389   Value *rv = I.getOperand (0);
390   unsigned Class = getClass (rv->getType ());
391   switch (Class)
392     {
393       // integral return values: extend or move into EAX and return. 
394     case cByte:
395     case cShort:
396     case cInt:
397       promote32 (X86::EAX, rv);
398       break;
399       // ret float/double: top of FP stack
400       // FLD <val>
401     case cFloat:                // Floats
402       BuildMI (BB, X86::FLDr32, 1).addReg (getReg (rv));
403       break;
404     case cDouble:               // Doubles
405       BuildMI (BB, X86::FLDr64, 1).addReg (getReg (rv));
406       break;
407     case cLong:
408       // ret long: use EAX(least significant 32 bits)/EDX (most
409       // significant 32)...uh, I think so Brain, but how do i call
410       // up the two parts of the value from inside this mouse
411       // cage? *zort*
412     default:
413       visitInstruction (I);
414     }
415   // Emit a 'ret' instruction
416   BuildMI (BB, X86::RET, 0);
417 }
418
419 /// visitBranchInst - Handle conditional and unconditional branches here.  Note
420 /// that since code layout is frozen at this point, that if we are trying to
421 /// jump to a block that is the immediate successor of the current block, we can
422 /// just make a fall-through. (but we don't currently).
423 ///
424 void
425 ISel::visitBranchInst (BranchInst & BI)
426 {
427   if (BI.isConditional ())
428     {
429       BasicBlock *ifTrue = BI.getSuccessor (0);
430       BasicBlock *ifFalse = BI.getSuccessor (1); // this is really unobvious 
431
432       // simplest thing I can think of: compare condition with zero,
433       // followed by jump-if-equal to ifFalse, and jump-if-nonequal to
434       // ifTrue
435       unsigned int condReg = getReg (BI.getCondition ());
436       BuildMI (BB, X86::CMPri8, 2).addReg (condReg).addZImm (0);
437       BuildMI (BB, X86::JNE, 1).addPCDisp (BI.getSuccessor (0));
438       BuildMI (BB, X86::JE, 1).addPCDisp (BI.getSuccessor (1));
439     }
440   else // unconditional branch
441     {
442       BuildMI (BB, X86::JMP, 1).addPCDisp (BI.getSuccessor (0));
443     }
444 }
445
446 /// visitCallInst - Push args on stack and do a procedure call instruction.
447 void
448 ISel::visitCallInst (CallInst & CI)
449 {
450   // keep a counter of how many bytes we pushed on the stack
451   unsigned bytesPushed = 0;
452
453   // Push the arguments on the stack in reverse order, as specified by
454   // the ABI.
455   for (unsigned i = CI.getNumOperands()-1; i >= 1; --i)
456     {
457       Value *v = CI.getOperand (i);
458       switch (getClass (v->getType ()))
459         {
460         case cByte:
461         case cShort:
462           // Promote V to 32 bits wide, and move the result into EAX,
463           // then push EAX.
464           promote32 (X86::EAX, v);
465           BuildMI (BB, X86::PUSHr32, 1).addReg (X86::EAX);
466           bytesPushed += 4;
467           break;
468         case cInt:
469         case cFloat: {
470           unsigned Reg = getReg(v);
471           BuildMI (BB, X86::PUSHr32, 1).addReg(Reg);
472           bytesPushed += 4;
473           break;
474         }
475         default:
476           // FIXME: long/ulong/double args not handled.
477           visitInstruction (CI);
478           break;
479         }
480     }
481   // Emit a CALL instruction with PC-relative displacement.
482   BuildMI (BB, X86::CALLpcrel32, 1).addPCDisp (CI.getCalledValue ());
483
484   // Adjust the stack by `bytesPushed' amount if non-zero
485   if (bytesPushed > 0)
486     BuildMI (BB, X86::ADDri32, 2).addReg(X86::ESP).addZImm(bytesPushed);
487
488   // If there is a return value, scavenge the result from the location the call
489   // leaves it in...
490   //
491   if (CI.getType() != Type::VoidTy) {
492     unsigned resultTypeClass = getClass (CI.getType ());
493     switch (resultTypeClass) {
494     case cByte:
495     case cShort:
496     case cInt: {
497       // Integral results are in %eax, or the appropriate portion
498       // thereof.
499       static const unsigned regRegMove[] = {
500         X86::MOVrr8, X86::MOVrr16, X86::MOVrr32
501       };
502       static const unsigned AReg[] = { X86::AL, X86::AX, X86::EAX };
503       BuildMI (BB, regRegMove[resultTypeClass], 1,
504                getReg (CI)).addReg (AReg[resultTypeClass]);
505       break;
506     }
507     case cFloat:
508       // Floating-point return values live in %st(0) (i.e., the top of
509       // the FP stack.) The general way to approach this is to do a
510       // FSTP to save the top of the FP stack on the real stack, then
511       // do a MOV to load the top of the real stack into the target
512       // register.
513       visitInstruction (CI); // FIXME: add the right args for the calls below
514       // BuildMI (BB, X86::FSTPm32, 0);
515       // BuildMI (BB, X86::MOVmr32, 0);
516       break;
517     default:
518       std::cerr << "Cannot get return value for call of type '"
519                 << *CI.getType() << "'\n";
520       visitInstruction(CI);
521     }
522   }
523 }
524
525 /// visitSimpleBinary - Implement simple binary operators for integral types...
526 /// OperatorClass is one of: 0 for Add, 1 for Sub, 2 for And, 3 for Or,
527 /// 4 for Xor.
528 ///
529 void ISel::visitSimpleBinary(BinaryOperator &B, unsigned OperatorClass) {
530   if (B.getType() == Type::BoolTy)  // FIXME: Handle bools for logicals
531     visitInstruction(B);
532
533   unsigned Class = getClass(B.getType());
534   if (Class > 2)  // FIXME: Handle longs
535     visitInstruction(B);
536
537   static const unsigned OpcodeTab[][4] = {
538     // Arithmetic operators
539     { X86::ADDrr8, X86::ADDrr16, X86::ADDrr32, 0 },  // ADD
540     { X86::SUBrr8, X86::SUBrr16, X86::SUBrr32, 0 },  // SUB
541
542     // Bitwise operators
543     { X86::ANDrr8, X86::ANDrr16, X86::ANDrr32, 0 },  // AND
544     { X86:: ORrr8, X86:: ORrr16, X86:: ORrr32, 0 },  // OR
545     { X86::XORrr8, X86::XORrr16, X86::XORrr32, 0 },  // XOR
546   };
547   
548   unsigned Opcode = OpcodeTab[OperatorClass][Class];
549   unsigned Op0r = getReg(B.getOperand(0));
550   unsigned Op1r = getReg(B.getOperand(1));
551   BuildMI(BB, Opcode, 2, getReg(B)).addReg(Op0r).addReg(Op1r);
552 }
553
554 /// doMultiply - Emit appropriate instructions to multiply together
555 /// the registers op0Reg and op1Reg, and put the result in destReg.
556 /// The type of the result should be given as resultType.
557 void
558 ISel::doMultiply(unsigned destReg, const Type *resultType,
559                  unsigned op0Reg, unsigned op1Reg)
560 {
561   unsigned Class = getClass (resultType);
562
563   // FIXME:
564   assert (Class <= 2 && "Someday, we will learn how to multiply"
565           "longs and floating-point numbers. This is not that day.");
566  
567   static const unsigned Regs[]     ={ X86::AL    , X86::AX     , X86::EAX     };
568   static const unsigned MulOpcode[]={ X86::MULrr8, X86::MULrr16, X86::MULrr32 };
569   static const unsigned MovOpcode[]={ X86::MOVrr8, X86::MOVrr16, X86::MOVrr32 };
570   unsigned Reg     = Regs[Class];
571
572   // Emit a MOV to put the first operand into the appropriately-sized
573   // subreg of EAX.
574   BuildMI (BB, MovOpcode[Class], 1, Reg).addReg (op0Reg);
575   
576   // Emit the appropriate multiply instruction.
577   BuildMI (BB, MulOpcode[Class], 1).addReg (op1Reg);
578
579   // Emit another MOV to put the result into the destination register.
580   BuildMI (BB, MovOpcode[Class], 1, destReg).addReg (Reg);
581 }
582
583 /// visitMul - Multiplies are not simple binary operators because they must deal
584 /// with the EAX register explicitly.
585 ///
586 void ISel::visitMul(BinaryOperator &I) {
587   doMultiply (getReg (I), I.getType (),
588               getReg (I.getOperand (0)), getReg (I.getOperand (1)));
589 }
590
591
592 /// visitDivRem - Handle division and remainder instructions... these
593 /// instruction both require the same instructions to be generated, they just
594 /// select the result from a different register.  Note that both of these
595 /// instructions work differently for signed and unsigned operands.
596 ///
597 void ISel::visitDivRem(BinaryOperator &I) {
598   unsigned Class = getClass(I.getType());
599   if (Class > 2)  // FIXME: Handle longs
600     visitInstruction(I);
601
602   static const unsigned Regs[]     ={ X86::AL    , X86::AX     , X86::EAX     };
603   static const unsigned MovOpcode[]={ X86::MOVrr8, X86::MOVrr16, X86::MOVrr32 };
604   static const unsigned ExtOpcode[]={ X86::CBW   , X86::CWD    , X86::CDQ     };
605   static const unsigned ClrOpcode[]={ X86::XORrr8, X86::XORrr16, X86::XORrr32 };
606   static const unsigned ExtRegs[]  ={ X86::AH    , X86::DX     , X86::EDX     };
607
608   static const unsigned DivOpcode[][4] = {
609     { X86::DIVrr8 , X86::DIVrr16 , X86::DIVrr32 , 0 },  // Unsigned division
610     { X86::IDIVrr8, X86::IDIVrr16, X86::IDIVrr32, 0 },  // Signed division
611   };
612
613   bool isSigned   = I.getType()->isSigned();
614   unsigned Reg    = Regs[Class];
615   unsigned ExtReg = ExtRegs[Class];
616   unsigned Op0Reg = getReg(I.getOperand(0));
617   unsigned Op1Reg = getReg(I.getOperand(1));
618
619   // Put the first operand into one of the A registers...
620   BuildMI(BB, MovOpcode[Class], 1, Reg).addReg(Op0Reg);
621
622   if (isSigned) {
623     // Emit a sign extension instruction...
624     BuildMI(BB, ExtOpcode[Class], 0);
625   } else {
626     // If unsigned, emit a zeroing instruction... (reg = xor reg, reg)
627     BuildMI(BB, ClrOpcode[Class], 2, ExtReg).addReg(ExtReg).addReg(ExtReg);
628   }
629
630   // Emit the appropriate divide or remainder instruction...
631   BuildMI(BB, DivOpcode[isSigned][Class], 1).addReg(Op1Reg);
632
633   // Figure out which register we want to pick the result out of...
634   unsigned DestReg = (I.getOpcode() == Instruction::Div) ? Reg : ExtReg;
635   
636   // Put the result into the destination register...
637   BuildMI(BB, MovOpcode[Class], 1, getReg(I)).addReg(DestReg);
638 }
639
640
641 /// Shift instructions: 'shl', 'sar', 'shr' - Some special cases here
642 /// for constant immediate shift values, and for constant immediate
643 /// shift values equal to 1. Even the general case is sort of special,
644 /// because the shift amount has to be in CL, not just any old register.
645 ///
646 void ISel::visitShiftInst (ShiftInst &I) {
647   unsigned Op0r = getReg (I.getOperand(0));
648   unsigned DestReg = getReg(I);
649   bool isLeftShift = I.getOpcode() == Instruction::Shl;
650   bool isOperandSigned = I.getType()->isUnsigned();
651   unsigned OperandClass = getClass(I.getType());
652
653   if (OperandClass > 2)
654     visitInstruction(I); // Can't handle longs yet!
655
656   if (ConstantUInt *CUI = dyn_cast <ConstantUInt> (I.getOperand (1)))
657     {
658       // The shift amount is constant, guaranteed to be a ubyte. Get its value.
659       assert(CUI->getType() == Type::UByteTy && "Shift amount not a ubyte?");
660       unsigned char shAmt = CUI->getValue();
661
662       static const unsigned ConstantOperand[][4] = {
663         { X86::SHRir8, X86::SHRir16, X86::SHRir32, 0 },  // SHR
664         { X86::SARir8, X86::SARir16, X86::SARir32, 0 },  // SAR
665         { X86::SHLir8, X86::SHLir16, X86::SHLir32, 0 },  // SHL
666         { X86::SHLir8, X86::SHLir16, X86::SHLir32, 0 },  // SAL = SHL
667       };
668
669       const unsigned *OpTab = // Figure out the operand table to use
670         ConstantOperand[isLeftShift*2+isOperandSigned];
671
672       // Emit: <insn> reg, shamt  (shift-by-immediate opcode "ir" form.)
673       BuildMI(BB, OpTab[OperandClass], 2, DestReg).addReg(Op0r).addZImm(shAmt);
674     }
675   else
676     {
677       // The shift amount is non-constant.
678       //
679       // In fact, you can only shift with a variable shift amount if
680       // that amount is already in the CL register, so we have to put it
681       // there first.
682       //
683
684       // Emit: move cl, shiftAmount (put the shift amount in CL.)
685       BuildMI(BB, X86::MOVrr8, 1, X86::CL).addReg(getReg(I.getOperand(1)));
686
687       // This is a shift right (SHR).
688       static const unsigned NonConstantOperand[][4] = {
689         { X86::SHRrr8, X86::SHRrr16, X86::SHRrr32, 0 },  // SHR
690         { X86::SARrr8, X86::SARrr16, X86::SARrr32, 0 },  // SAR
691         { X86::SHLrr8, X86::SHLrr16, X86::SHLrr32, 0 },  // SHL
692         { X86::SHLrr8, X86::SHLrr16, X86::SHLrr32, 0 },  // SAL = SHL
693       };
694
695       const unsigned *OpTab = // Figure out the operand table to use
696         NonConstantOperand[isLeftShift*2+isOperandSigned];
697
698       BuildMI(BB, OpTab[OperandClass], 1, DestReg).addReg(Op0r);
699     }
700 }
701
702
703 /// visitLoadInst - Implement LLVM load instructions in terms of the x86 'mov'
704 /// instruction.
705 ///
706 void ISel::visitLoadInst(LoadInst &I) {
707   unsigned Class = getClass(I.getType());
708   if (Class > 2)  // FIXME: Handle longs and others...
709     visitInstruction(I);
710
711   static const unsigned Opcode[] = { X86::MOVmr8, X86::MOVmr16, X86::MOVmr32 };
712
713   unsigned AddressReg = getReg(I.getOperand(0));
714   addDirectMem(BuildMI(BB, Opcode[Class], 4, getReg(I)), AddressReg);
715 }
716
717
718 /// visitStoreInst - Implement LLVM store instructions in terms of the x86 'mov'
719 /// instruction.
720 ///
721 void ISel::visitStoreInst(StoreInst &I) {
722   unsigned Class = getClass(I.getOperand(0)->getType());
723   if (Class > 2)  // FIXME: Handle longs and others...
724     visitInstruction(I);
725
726   static const unsigned Opcode[] = { X86::MOVrm8, X86::MOVrm16, X86::MOVrm32 };
727
728   unsigned ValReg = getReg(I.getOperand(0));
729   unsigned AddressReg = getReg(I.getOperand(1));
730   addDirectMem(BuildMI(BB, Opcode[Class], 1+4), AddressReg).addReg(ValReg);
731 }
732
733
734 /// visitPHINode - Turn an LLVM PHI node into an X86 PHI node...
735 ///
736 void ISel::visitPHINode(PHINode &PN) {
737   MachineInstr *MI = BuildMI(BB, X86::PHI, PN.getNumOperands(), getReg(PN));
738
739   for (unsigned i = 0, e = PN.getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
740     // FIXME: This will put constants after the PHI nodes in the block, which
741     // is invalid.  They should be put inline into the PHI node eventually.
742     //
743     MI->addRegOperand(getReg(PN.getIncomingValue(i)));
744     MI->addPCDispOperand(PN.getIncomingBlock(i));
745   }
746 }
747
748 /// visitCastInst - Here we have various kinds of copying with or without
749 /// sign extension going on.
750 void
751 ISel::visitCastInst (CastInst &CI)
752 {
753   const Type *targetType = CI.getType ();
754   Value *operand = CI.getOperand (0);
755   unsigned int operandReg = getReg (operand);
756   const Type *sourceType = operand->getType ();
757   unsigned int destReg = getReg (CI);
758   //
759   // Currently we handle:
760   //
761   // 1) cast * to bool
762   //
763   // 2) cast {sbyte, ubyte} to {sbyte, ubyte}
764   //    cast {short, ushort} to {ushort, short}
765   //    cast {int, uint, ptr} to {int, uint, ptr}
766   //
767   // 3) cast {sbyte, ubyte} to {ushort, short}
768   //    cast {sbyte, ubyte} to {int, uint, ptr}
769   //    cast {short, ushort} to {int, uint, ptr}
770   //
771   // 4) cast {int, uint, ptr} to {short, ushort}
772   //    cast {int, uint, ptr} to {sbyte, ubyte}
773   //    cast {short, ushort} to {sbyte, ubyte}
774   //
775   // 1) Implement casts to bool by using compare on the operand followed
776   // by set if not zero on the result.
777   if (targetType == Type::BoolTy)
778     {
779       BuildMI (BB, X86::CMPri8, 2).addReg (operandReg).addZImm (0);
780       BuildMI (BB, X86::SETNEr, 1, destReg);
781       return;
782     }
783   // 2) Implement casts between values of the same type class (as determined
784   // by getClass) by using a register-to-register move.
785   unsigned int srcClass = getClass (sourceType);
786   unsigned int targClass = getClass (targetType);
787   static const unsigned regRegMove[] = {
788     X86::MOVrr8, X86::MOVrr16, X86::MOVrr32
789   };
790   if ((srcClass < 3) && (targClass < 3) && (srcClass == targClass))
791     {
792       BuildMI (BB, regRegMove[srcClass], 1, destReg).addReg (operandReg);
793       return;
794     }
795   // 3) Handle cast of SMALLER int to LARGER int using a move with sign
796   // extension or zero extension, depending on whether the source type
797   // was signed.
798   if ((srcClass < 3) && (targClass < 3) && (srcClass < targClass))
799     {
800       static const unsigned ops[] = {
801         X86::MOVSXr16r8, X86::MOVSXr32r8, X86::MOVSXr32r16,
802         X86::MOVZXr16r8, X86::MOVZXr32r8, X86::MOVZXr32r16
803       };
804       unsigned srcSigned = sourceType->isSigned ();
805       BuildMI (BB, ops[3 * srcSigned + srcClass + targClass - 1], 1,
806                destReg).addReg (operandReg);
807       return;
808     }
809   // 4) Handle cast of LARGER int to SMALLER int using a move to EAX
810   // followed by a move out of AX or AL.
811   if ((srcClass < 3) && (targClass < 3) && (srcClass > targClass))
812     {
813       static const unsigned AReg[] = { X86::AL, X86::AX, X86::EAX };
814       BuildMI (BB, regRegMove[srcClass], 1,
815                AReg[srcClass]).addReg (operandReg);
816       BuildMI (BB, regRegMove[targClass], 1, destReg).addReg (AReg[srcClass]);
817       return;
818     }
819   // Anything we haven't handled already, we can't (yet) handle at all.
820   //
821   // FP to integral casts can be handled with FISTP to store onto the
822   // stack while converting to integer, followed by a MOV to load from
823   // the stack into the result register. Integral to FP casts can be
824   // handled with MOV to store onto the stack, followed by a FILD to
825   // load from the stack while converting to FP. For the moment, I
826   // can't quite get straight in my head how to borrow myself some
827   // stack space and write on it. Otherwise, this would be trivial.
828   visitInstruction (CI);
829 }
830
831 /// visitGetElementPtrInst - I don't know, most programs don't have
832 /// getelementptr instructions, right? That means we can put off
833 /// implementing this, right? Right. This method emits machine
834 /// instructions to perform type-safe pointer arithmetic. I am
835 /// guessing this could be cleaned up somewhat to use fewer temporary
836 /// registers.
837 void
838 ISel::visitGetElementPtrInst (GetElementPtrInst &I)
839 {
840   emitGEPOperation(I.getOperand(0), I.op_begin()+1, I.op_end(), getReg(I));
841 }
842
843 void ISel::emitGEPOperation(Value *Src, User::op_iterator IdxBegin,
844                             User::op_iterator IdxEnd, unsigned TargetReg) {
845   const TargetData &TD = TM.getTargetData();
846   const Type *Ty = Src->getType();
847   unsigned basePtrReg = getReg(Src);
848
849   // GEPs have zero or more indices; we must perform a struct access
850   // or array access for each one.
851   for (GetElementPtrInst::op_iterator oi = IdxBegin,
852          oe = IdxEnd; oi != oe; ++oi) {
853     Value *idx = *oi;
854     unsigned nextBasePtrReg = makeAnotherReg(Type::UIntTy);
855     if (const StructType *StTy = dyn_cast <StructType> (Ty)) {
856       // It's a struct access.  idx is the index into the structure,
857       // which names the field. This index must have ubyte type.
858       const ConstantUInt *CUI = cast <ConstantUInt> (idx);
859       assert (CUI->getType () == Type::UByteTy
860               && "Funny-looking structure index in GEP");
861       // Use the TargetData structure to pick out what the layout of
862       // the structure is in memory.  Since the structure index must
863       // be constant, we can get its value and use it to find the
864       // right byte offset from the StructLayout class's list of
865       // structure member offsets.
866       unsigned idxValue = CUI->getValue ();
867       unsigned memberOffset =
868         TD.getStructLayout (StTy)->MemberOffsets[idxValue];
869       // Emit an ADD to add memberOffset to the basePtr.
870       BuildMI (BB, X86::ADDri32, 2,
871                nextBasePtrReg).addReg (basePtrReg).addZImm (memberOffset);
872       // The next type is the member of the structure selected by the
873       // index.
874       Ty = StTy->getElementTypes ()[idxValue];
875     } else if (const SequentialType *SqTy = cast <SequentialType> (Ty)) {
876       // It's an array or pointer access: [ArraySize x ElementType].
877       const Type *typeOfSequentialTypeIndex = SqTy->getIndexType ();
878       // idx is the index into the array.  Unlike with structure
879       // indices, we may not know its actual value at code-generation
880       // time.
881       assert (idx->getType () == typeOfSequentialTypeIndex
882               && "Funny-looking array index in GEP");
883       // We want to add basePtrReg to (idxReg * sizeof
884       // ElementType). First, we must find the size of the pointed-to
885       // type.  (Not coincidentally, the next type is the type of the
886       // elements in the array.)
887       Ty = SqTy->getElementType ();
888       unsigned elementSize = TD.getTypeSize (Ty);
889       unsigned elementSizeReg = makeAnotherReg(Type::UIntTy);
890       copyConstantToRegister (ConstantInt::get (typeOfSequentialTypeIndex,
891                                                 elementSize),
892                               elementSizeReg);
893       unsigned idxReg = getReg (idx);
894       // Emit a MUL to multiply the register holding the index by
895       // elementSize, putting the result in memberOffsetReg.
896       unsigned memberOffsetReg = makeAnotherReg(Type::UIntTy);
897       doMultiply (memberOffsetReg, typeOfSequentialTypeIndex,
898                   elementSizeReg, idxReg);
899       // Emit an ADD to add memberOffsetReg to the basePtr.
900       BuildMI (BB, X86::ADDrr32, 2,
901                nextBasePtrReg).addReg (basePtrReg).addReg (memberOffsetReg);
902     }
903     // Now that we are here, further indices refer to subtypes of this
904     // one, so we don't need to worry about basePtrReg itself, anymore.
905     basePtrReg = nextBasePtrReg;
906   }
907   // After we have processed all the indices, the result is left in
908   // basePtrReg.  Move it to the register where we were expected to
909   // put the answer.  A 32-bit move should do it, because we are in
910   // ILP32 land.
911   BuildMI (BB, X86::MOVrr32, 1, TargetReg).addReg (basePtrReg);
912 }
913
914
915 /// visitMallocInst - I know that personally, whenever I want to remember
916 /// something, I have to clear off some space in my brain.
917 void
918 ISel::visitMallocInst (MallocInst &I)
919 {
920   // We assume that by this point, malloc instructions have been
921   // lowered to calls, and dlsym will magically find malloc for us.
922   // So we do not want to see malloc instructions here.
923   visitInstruction (I);
924 }
925
926
927 /// visitFreeInst - same story as MallocInst
928 void
929 ISel::visitFreeInst (FreeInst &I)
930 {
931   // We assume that by this point, free instructions have been
932   // lowered to calls, and dlsym will magically find free for us.
933   // So we do not want to see free instructions here.
934   visitInstruction (I);
935 }
936
937
938 /// visitAllocaInst - I want some stack space. Come on, man, I said I
939 /// want some freakin' stack space.
940 void
941 ISel::visitAllocaInst (AllocaInst &I)
942 {
943   // Find the data size of the alloca inst's getAllocatedType.
944   const Type *allocatedType = I.getAllocatedType ();
945   const TargetData &TD = TM.DataLayout;
946   unsigned allocatedTypeSize = TD.getTypeSize (allocatedType);
947   // Keep stack 32-bit aligned.
948   unsigned int allocatedTypeWords = allocatedTypeSize / 4;
949   if (allocatedTypeSize % 4 != 0) { allocatedTypeWords++; }
950   // Subtract size from stack pointer, thereby allocating some space.
951   BuildMI (BB, X86::SUBri32, 1, X86::ESP).addZImm (allocatedTypeWords * 4);
952   // Put a pointer to the space into the result register, by copying
953   // the stack pointer.
954   BuildMI (BB, X86::MOVrr32, 1, getReg (I)).addReg (X86::ESP);
955 }
956     
957
958 /// createSimpleX86InstructionSelector - This pass converts an LLVM function
959 /// into a machine code representation is a very simple peep-hole fashion.  The
960 /// generated code sucks but the implementation is nice and simple.
961 ///
962 Pass *createSimpleX86InstructionSelector(TargetMachine &TM) {
963   return new ISel(TM);
964 }