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[oota-llvm.git] / lib / Target / X86 / X86ISelSimple.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
30 /// BMI - A special BuildMI variant that takes an iterator to insert the
31 /// instruction at as well as a basic block.
32 /// this is the version for when you have a destination register in mind.
33 inline static MachineInstrBuilder BMI(MachineBasicBlock *MBB,
34                                       MachineBasicBlock::iterator &I,
35                                       MachineOpCode Opcode,
36                                       unsigned NumOperands,
37                                       unsigned DestReg) {
38   assert(I >= MBB->begin() && I <= MBB->end() && "Bad iterator!");
39   MachineInstr *MI = new MachineInstr(Opcode, NumOperands+1, true, true);
40   I = ++MBB->insert(I, MI);
41   return MachineInstrBuilder(MI).addReg(DestReg, MOTy::Def);
42 }
43
44 /// BMI - A special BuildMI variant that takes an iterator to insert the
45 /// instruction at as well as a basic block.
46 inline static MachineInstrBuilder BMI(MachineBasicBlock *MBB,
47                                       MachineBasicBlock::iterator &I,
48                                       MachineOpCode Opcode,
49                                       unsigned NumOperands) {
50   assert(I > MBB->begin() && I <= MBB->end() && "Bad iterator!");
51   MachineInstr *MI = new MachineInstr(Opcode, NumOperands, true, true);
52   I = ++MBB->insert(I, MI);
53   return MachineInstrBuilder(MI);
54 }
55
56
57 namespace {
58   struct ISel : public FunctionPass, InstVisitor<ISel> {
59     TargetMachine &TM;
60     MachineFunction *F;                    // The function we are compiling into
61     MachineBasicBlock *BB;                 // The current MBB we are compiling
62
63     unsigned CurReg;
64     std::map<Value*, unsigned> RegMap;  // Mapping between Val's and SSA Regs
65
66     // MBBMap - Mapping between LLVM BB -> Machine BB
67     std::map<const BasicBlock*, MachineBasicBlock*> MBBMap;
68
69     ISel(TargetMachine &tm)
70       : TM(tm), F(0), BB(0), CurReg(MRegisterInfo::FirstVirtualRegister) {}
71
72     /// runOnFunction - Top level implementation of instruction selection for
73     /// the entire function.
74     ///
75     bool runOnFunction(Function &Fn) {
76       F = &MachineFunction::construct(&Fn, TM);
77
78       for (Function::iterator I = Fn.begin(), E = Fn.end(); I != E; ++I)
79         F->getBasicBlockList().push_back(MBBMap[I] = new MachineBasicBlock(I));
80
81       // Emit instructions to load the arguments...  The function's arguments
82       // look like this:
83       //
84       // [EBP]     -- copy of old EBP
85       // [EBP + 4] -- return address
86       // [EBP + 8] -- first argument (leftmost lexically)
87       //
88       // So we want to start with counter = 2.
89       //
90       BB = &F->front();
91       unsigned ArgOffset = 8;
92       for (Function::aiterator I = Fn.abegin(), E = Fn.aend(); I != E;
93            ++I, ArgOffset += 4) {
94         unsigned Reg = getReg(*I);
95
96         // Load it out of the stack frame at EBP + 4*argPos.
97
98         // FIXME: This should load the argument of the appropriate size!!
99         addRegOffset(BuildMI(BB, X86::MOVmr32, 4, Reg), X86::EBP, ArgOffset);
100       }
101
102       // Instruction select everything except PHI nodes
103       visit(Fn);
104
105       // Select the PHI nodes
106       SelectPHINodes();
107
108       RegMap.clear();
109       MBBMap.clear();
110       CurReg = MRegisterInfo::FirstVirtualRegister;
111       F = 0;
112       return false;  // We never modify the LLVM itself.
113     }
114
115     virtual const char *getPassName() const {
116       return "X86 Simple Instruction Selection";
117     }
118
119     /// visitBasicBlock - This method is called when we are visiting a new basic
120     /// block.  This simply creates a new MachineBasicBlock to emit code into
121     /// and adds it to the current MachineFunction.  Subsequent visit* for
122     /// instructions will be invoked for all instructions in the basic block.
123     ///
124     void visitBasicBlock(BasicBlock &LLVM_BB) {
125       BB = MBBMap[&LLVM_BB];
126     }
127
128
129     /// SelectPHINodes - Insert machine code to generate phis.  This is tricky
130     /// because we have to generate our sources into the source basic blocks,
131     /// not the current one.
132     ///
133     void SelectPHINodes();
134
135     // Visitation methods for various instructions.  These methods simply emit
136     // fixed X86 code for each instruction.
137     //
138
139     // Control flow operators
140     void visitReturnInst(ReturnInst &RI);
141     void visitBranchInst(BranchInst &BI);
142     void visitCallInst(CallInst &I);
143
144     // Arithmetic operators
145     void visitSimpleBinary(BinaryOperator &B, unsigned OpcodeClass);
146     void visitAdd(BinaryOperator &B) { visitSimpleBinary(B, 0); }
147     void visitSub(BinaryOperator &B) { visitSimpleBinary(B, 1); }
148     void doMultiply(MachineBasicBlock *MBB, MachineBasicBlock::iterator &MBBI,
149                     unsigned destReg, const Type *resultType,
150                     unsigned op0Reg, unsigned op1Reg);
151     void visitMul(BinaryOperator &B);
152
153     void visitDiv(BinaryOperator &B) { visitDivRem(B); }
154     void visitRem(BinaryOperator &B) { visitDivRem(B); }
155     void visitDivRem(BinaryOperator &B);
156
157     // Bitwise operators
158     void visitAnd(BinaryOperator &B) { visitSimpleBinary(B, 2); }
159     void visitOr (BinaryOperator &B) { visitSimpleBinary(B, 3); }
160     void visitXor(BinaryOperator &B) { visitSimpleBinary(B, 4); }
161
162     // Binary comparison operators
163     void visitSetCCInst(SetCondInst &I, unsigned OpNum);
164     void visitSetEQ(SetCondInst &I) { visitSetCCInst(I, 0); }
165     void visitSetNE(SetCondInst &I) { visitSetCCInst(I, 1); }
166     void visitSetLT(SetCondInst &I) { visitSetCCInst(I, 2); }
167     void visitSetGT(SetCondInst &I) { visitSetCCInst(I, 3); }
168     void visitSetLE(SetCondInst &I) { visitSetCCInst(I, 4); }
169     void visitSetGE(SetCondInst &I) { visitSetCCInst(I, 5); }
170
171     // Memory Instructions
172     void visitLoadInst(LoadInst &I);
173     void visitStoreInst(StoreInst &I);
174     void visitGetElementPtrInst(GetElementPtrInst &I);
175     void visitMallocInst(MallocInst &I);
176     void visitFreeInst(FreeInst &I);
177     void visitAllocaInst(AllocaInst &I);
178     
179     // Other operators
180     void visitShiftInst(ShiftInst &I);
181     void visitPHINode(PHINode &I) {}      // PHI nodes handled by second pass
182     void visitCastInst(CastInst &I);
183
184     void visitInstruction(Instruction &I) {
185       std::cerr << "Cannot instruction select: " << I;
186       abort();
187     }
188
189     /// promote32 - Make a value 32-bits wide, and put it somewhere.
190     void promote32 (const unsigned targetReg, Value *v);
191     
192     // emitGEPOperation - Common code shared between visitGetElementPtrInst and
193     // constant expression GEP support.
194     //
195     void emitGEPOperation(MachineBasicBlock *BB, MachineBasicBlock::iterator&IP,
196                           Value *Src, User::op_iterator IdxBegin,
197                           User::op_iterator IdxEnd, unsigned TargetReg);
198
199     /// copyConstantToRegister - Output the instructions required to put the
200     /// specified constant into the specified register.
201     ///
202     void copyConstantToRegister(MachineBasicBlock *MBB,
203                                 MachineBasicBlock::iterator &MBBI,
204                                 Constant *C, unsigned Reg);
205
206     /// makeAnotherReg - This method returns the next register number
207     /// we haven't yet used.
208     unsigned makeAnotherReg(const Type *Ty) {
209       // Add the mapping of regnumber => reg class to MachineFunction
210       F->addRegMap(CurReg, TM.getRegisterInfo()->getRegClassForType(Ty));
211       return CurReg++;
212     }
213
214     /// getReg - This method turns an LLVM value into a register number.  This
215     /// is guaranteed to produce the same register number for a particular value
216     /// every time it is queried.
217     ///
218     unsigned getReg(Value &V) { return getReg(&V); }  // Allow references
219     unsigned getReg(Value *V) {
220       // Just append to the end of the current bb.
221       MachineBasicBlock::iterator It = BB->end();
222       return getReg(V, BB, It);
223     }
224     unsigned getReg(Value *V, MachineBasicBlock *MBB,
225                     MachineBasicBlock::iterator &IPt) {
226       unsigned &Reg = RegMap[V];
227       if (Reg == 0) {
228         Reg = makeAnotherReg(V->getType());
229         RegMap[V] = Reg;
230       }
231
232       // If this operand is a constant, emit the code to copy the constant into
233       // the register here...
234       //
235       if (Constant *C = dyn_cast<Constant>(V)) {
236         copyConstantToRegister(MBB, IPt, C, Reg);
237         RegMap.erase(V);  // Assign a new name to this constant if ref'd again
238       } else if (GlobalValue *GV = dyn_cast<GlobalValue>(V)) {
239         // Move the address of the global into the register
240         BMI(MBB, IPt, X86::MOVir32, 1, Reg).addReg(GV);
241         RegMap.erase(V);  // Assign a new name to this address if ref'd again
242       }
243
244       return Reg;
245     }
246   };
247 }
248
249 /// TypeClass - Used by the X86 backend to group LLVM types by their basic X86
250 /// Representation.
251 ///
252 enum TypeClass {
253   cByte, cShort, cInt, cLong, cFloat, cDouble
254 };
255
256 /// getClass - Turn a primitive type into a "class" number which is based on the
257 /// size of the type, and whether or not it is floating point.
258 ///
259 static inline TypeClass getClass(const Type *Ty) {
260   switch (Ty->getPrimitiveID()) {
261   case Type::SByteTyID:
262   case Type::UByteTyID:   return cByte;      // Byte operands are class #0
263   case Type::ShortTyID:
264   case Type::UShortTyID:  return cShort;     // Short operands are class #1
265   case Type::IntTyID:
266   case Type::UIntTyID:
267   case Type::PointerTyID: return cInt;       // Int's and pointers are class #2
268
269   case Type::LongTyID:
270   case Type::ULongTyID:   //return cLong;      // Longs are class #3
271     return cInt;          // FIXME: LONGS ARE TREATED AS INTS!
272
273   case Type::FloatTyID:   return cFloat;     // Float is class #4
274   case Type::DoubleTyID:  return cDouble;    // Doubles are class #5
275   default:
276     assert(0 && "Invalid type to getClass!");
277     return cByte;  // not reached
278   }
279 }
280
281 // getClassB - Just like getClass, but treat boolean values as bytes.
282 static inline TypeClass getClassB(const Type *Ty) {
283   if (Ty == Type::BoolTy) return cByte;
284   return getClass(Ty);
285 }
286
287
288 /// copyConstantToRegister - Output the instructions required to put the
289 /// specified constant into the specified register.
290 ///
291 void ISel::copyConstantToRegister(MachineBasicBlock *MBB,
292                                   MachineBasicBlock::iterator &IP,
293                                   Constant *C, unsigned R) {
294   if (ConstantExpr *CE = dyn_cast<ConstantExpr>(C)) {
295     if (CE->getOpcode() == Instruction::GetElementPtr) {
296       emitGEPOperation(MBB, IP, CE->getOperand(0),
297                        CE->op_begin()+1, CE->op_end(), R);
298       return;
299     }
300
301     std::cerr << "Offending expr: " << C << "\n";
302     assert (0 && "Constant expressions not yet handled!\n");
303   }
304
305   if (C->getType()->isIntegral()) {
306     unsigned Class = getClassB(C->getType());
307     assert(Class != 3 && "Type not handled yet!");
308
309     static const unsigned IntegralOpcodeTab[] = {
310       X86::MOVir8, X86::MOVir16, X86::MOVir32
311     };
312
313     if (C->getType() == Type::BoolTy) {
314       BMI(MBB, IP, X86::MOVir8, 1, R).addZImm(C == ConstantBool::True);
315     } else if (C->getType()->isSigned()) {
316       ConstantSInt *CSI = cast<ConstantSInt>(C);
317       BMI(MBB, IP, IntegralOpcodeTab[Class], 1, R).addSImm(CSI->getValue());
318     } else {
319       ConstantUInt *CUI = cast<ConstantUInt>(C);
320       BMI(MBB, IP, IntegralOpcodeTab[Class], 1, R).addZImm(CUI->getValue());
321     }
322   } else if (isa<ConstantPointerNull>(C)) {
323     // Copy zero (null pointer) to the register.
324     BMI(MBB, IP, X86::MOVir32, 1, R).addZImm(0);
325   } else if (ConstantPointerRef *CPR = dyn_cast<ConstantPointerRef>(C)) {
326     unsigned SrcReg = getReg(CPR->getValue(), MBB, IP);
327     BMI(MBB, IP, X86::MOVrr32, 1, R).addReg(SrcReg);
328   } else {
329     std::cerr << "Offending constant: " << C << "\n";
330     assert(0 && "Type not handled yet!");
331   }
332 }
333
334 /// SelectPHINodes - Insert machine code to generate phis.  This is tricky
335 /// because we have to generate our sources into the source basic blocks, not
336 /// the current one.
337 ///
338 void ISel::SelectPHINodes() {
339   const Function &LF = *F->getFunction();  // The LLVM function...
340   for (Function::const_iterator I = LF.begin(), E = LF.end(); I != E; ++I) {
341     const BasicBlock *BB = I;
342     MachineBasicBlock *MBB = MBBMap[I];
343
344     // Loop over all of the PHI nodes in the LLVM basic block...
345     unsigned NumPHIs = 0;
346     for (BasicBlock::const_iterator I = BB->begin();
347          PHINode *PN = (PHINode*)dyn_cast<PHINode>(&*I); ++I) {
348       // Create a new machine instr PHI node, and insert it.
349       MachineInstr *MI = BuildMI(X86::PHI, PN->getNumOperands(), getReg(*PN));
350       MBB->insert(MBB->begin()+NumPHIs++, MI); // Insert it at the top of the BB
351
352       for (unsigned i = 0, e = PN->getNumIncomingValues(); i != e; ++i) {
353         MachineBasicBlock *PredMBB = MBBMap[PN->getIncomingBlock(i)];
354
355         // Get the incoming value into a virtual register.  If it is not already
356         // available in a virtual register, insert the computation code into
357         // PredMBB
358         //
359
360         MachineBasicBlock::iterator PI = PredMBB->begin();
361         while ((*PI)->getOpcode() == X86::PHI) ++PI;
362         
363         MI->addRegOperand(getReg(PN->getIncomingValue(i), PredMBB, PI));
364         MI->addMachineBasicBlockOperand(PredMBB);
365       }
366     }
367   }
368 }
369
370
371
372 /// SetCC instructions - Here we just emit boilerplate code to set a byte-sized
373 /// register, then move it to wherever the result should be. 
374 /// We handle FP setcc instructions by pushing them, doing a
375 /// compare-and-pop-twice, and then copying the concodes to the main
376 /// processor's concodes (I didn't make this up, it's in the Intel manual)
377 ///
378 void ISel::visitSetCCInst(SetCondInst &I, unsigned OpNum) {
379   // The arguments are already supposed to be of the same type.
380   const Type *CompTy = I.getOperand(0)->getType();
381   unsigned reg1 = getReg(I.getOperand(0));
382   unsigned reg2 = getReg(I.getOperand(1));
383
384   unsigned Class = getClass(CompTy);
385   switch (Class) {
386     // Emit: cmp <var1>, <var2> (do the comparison).  We can
387     // compare 8-bit with 8-bit, 16-bit with 16-bit, 32-bit with
388     // 32-bit.
389   case cByte:
390     BuildMI (BB, X86::CMPrr8, 2).addReg (reg1).addReg (reg2);
391     break;
392   case cShort:
393     BuildMI (BB, X86::CMPrr16, 2).addReg (reg1).addReg (reg2);
394     break;
395   case cInt:
396     BuildMI (BB, X86::CMPrr32, 2).addReg (reg1).addReg (reg2);
397     break;
398
399     // Push the variables on the stack with fldl opcodes.
400     // FIXME: assuming var1, var2 are in memory, if not, spill to
401     // stack first
402   case cFloat:  // Floats
403     BuildMI (BB, X86::FLDr32, 1).addReg (reg1);
404     BuildMI (BB, X86::FLDr32, 1).addReg (reg2);
405     break;
406   case cDouble:  // Doubles
407     BuildMI (BB, X86::FLDr64, 1).addReg (reg1);
408     BuildMI (BB, X86::FLDr64, 1).addReg (reg2);
409     break;
410   case cLong:
411   default:
412     visitInstruction(I);
413   }
414
415   if (CompTy->isFloatingPoint()) {
416     // (Non-trapping) compare and pop twice.
417     BuildMI (BB, X86::FUCOMPP, 0);
418     // Move fp status word (concodes) to ax.
419     BuildMI (BB, X86::FNSTSWr8, 1, X86::AX);
420     // Load real concodes from ax.
421     BuildMI (BB, X86::SAHF, 1).addReg(X86::AH);
422   }
423
424   // Emit setOp instruction (extract concode; clobbers ax),
425   // using the following mapping:
426   // LLVM  -> X86 signed  X86 unsigned
427   // -----    -----       -----
428   // seteq -> sete        sete
429   // setne -> setne       setne
430   // setlt -> setl        setb
431   // setgt -> setg        seta
432   // setle -> setle       setbe
433   // setge -> setge       setae
434
435   static const unsigned OpcodeTab[2][6] = {
436     {X86::SETEr, X86::SETNEr, X86::SETBr, X86::SETAr, X86::SETBEr, X86::SETAEr},
437     {X86::SETEr, X86::SETNEr, X86::SETLr, X86::SETGr, X86::SETLEr, X86::SETGEr},
438   };
439
440   BuildMI(BB, OpcodeTab[CompTy->isSigned()][OpNum], 0, getReg(I));
441 }
442
443 /// promote32 - Emit instructions to turn a narrow operand into a 32-bit-wide
444 /// operand, in the specified target register.
445 void
446 ISel::promote32 (unsigned targetReg, Value *v)
447 {
448   unsigned vReg = getReg (v);
449   unsigned Class = getClass (v->getType ());
450   bool isUnsigned = v->getType ()->isUnsigned ();
451   assert (((Class == cByte) || (Class == cShort) || (Class == cInt))
452           && "Unpromotable operand class in promote32");
453   switch (Class)
454     {
455     case cByte:
456       // Extend value into target register (8->32)
457       if (isUnsigned)
458         BuildMI (BB, X86::MOVZXr32r8, 1, targetReg).addReg (vReg);
459       else
460         BuildMI (BB, X86::MOVSXr32r8, 1, targetReg).addReg (vReg);
461       break;
462     case cShort:
463       // Extend value into target register (16->32)
464       if (isUnsigned)
465         BuildMI (BB, X86::MOVZXr32r16, 1, targetReg).addReg (vReg);
466       else
467         BuildMI (BB, X86::MOVSXr32r16, 1, targetReg).addReg (vReg);
468       break;
469     case cInt:
470       // Move value into target register (32->32)
471       BuildMI (BB, X86::MOVrr32, 1, targetReg).addReg (vReg);
472       break;
473     }
474 }
475
476 /// 'ret' instruction - Here we are interested in meeting the x86 ABI.  As such,
477 /// we have the following possibilities:
478 ///
479 ///   ret void: No return value, simply emit a 'ret' instruction
480 ///   ret sbyte, ubyte : Extend value into EAX and return
481 ///   ret short, ushort: Extend value into EAX and return
482 ///   ret int, uint    : Move value into EAX and return
483 ///   ret pointer      : Move value into EAX and return
484 ///   ret long, ulong  : Move value into EAX/EDX and return
485 ///   ret float/double : Top of FP stack
486 ///
487 void
488 ISel::visitReturnInst (ReturnInst &I)
489 {
490   if (I.getNumOperands () == 0)
491     {
492       // Emit a 'ret' instruction
493       BuildMI (BB, X86::RET, 0);
494       return;
495     }
496   Value *rv = I.getOperand (0);
497   unsigned Class = getClass (rv->getType ());
498   switch (Class)
499     {
500       // integral return values: extend or move into EAX and return. 
501     case cByte:
502     case cShort:
503     case cInt:
504       promote32 (X86::EAX, rv);
505       break;
506       // ret float/double: top of FP stack
507       // FLD <val>
508     case cFloat:                // Floats
509       BuildMI (BB, X86::FLDr32, 1).addReg (getReg (rv));
510       break;
511     case cDouble:               // Doubles
512       BuildMI (BB, X86::FLDr64, 1).addReg (getReg (rv));
513       break;
514     case cLong:
515       // ret long: use EAX(least significant 32 bits)/EDX (most
516       // significant 32)...uh, I think so Brain, but how do i call
517       // up the two parts of the value from inside this mouse
518       // cage? *zort*
519     default:
520       visitInstruction (I);
521     }
522   // Emit a 'ret' instruction
523   BuildMI (BB, X86::RET, 0);
524 }
525
526 /// visitBranchInst - Handle conditional and unconditional branches here.  Note
527 /// that since code layout is frozen at this point, that if we are trying to
528 /// jump to a block that is the immediate successor of the current block, we can
529 /// just make a fall-through. (but we don't currently).
530 ///
531 void
532 ISel::visitBranchInst (BranchInst & BI)
533 {
534   if (BI.isConditional ())
535     {
536       BasicBlock *ifTrue = BI.getSuccessor (0);
537       BasicBlock *ifFalse = BI.getSuccessor (1); // this is really unobvious 
538
539       // simplest thing I can think of: compare condition with zero,
540       // followed by jump-if-equal to ifFalse, and jump-if-nonequal to
541       // ifTrue
542       unsigned int condReg = getReg (BI.getCondition ());
543       BuildMI (BB, X86::CMPri8, 2).addReg (condReg).addZImm (0);
544       BuildMI (BB, X86::JNE, 1).addPCDisp (BI.getSuccessor (0));
545       BuildMI (BB, X86::JE, 1).addPCDisp (BI.getSuccessor (1));
546     }
547   else // unconditional branch
548     {
549       BuildMI (BB, X86::JMP, 1).addPCDisp (BI.getSuccessor (0));
550     }
551 }
552
553 /// visitCallInst - Push args on stack and do a procedure call instruction.
554 void
555 ISel::visitCallInst (CallInst & CI)
556 {
557   // keep a counter of how many bytes we pushed on the stack
558   unsigned bytesPushed = 0;
559
560   // Push the arguments on the stack in reverse order, as specified by
561   // the ABI.
562   for (unsigned i = CI.getNumOperands()-1; i >= 1; --i)
563     {
564       Value *v = CI.getOperand (i);
565       switch (getClass (v->getType ()))
566         {
567         case cByte:
568         case cShort:
569           // Promote V to 32 bits wide, and move the result into EAX,
570           // then push EAX.
571           promote32 (X86::EAX, v);
572           BuildMI (BB, X86::PUSHr32, 1).addReg (X86::EAX);
573           bytesPushed += 4;
574           break;
575         case cInt:
576         case cFloat: {
577           unsigned Reg = getReg(v);
578           BuildMI (BB, X86::PUSHr32, 1).addReg(Reg);
579           bytesPushed += 4;
580           break;
581         }
582         default:
583           // FIXME: long/ulong/double args not handled.
584           visitInstruction (CI);
585           break;
586         }
587     }
588
589   if (Function *F = CI.getCalledFunction()) {
590     // Emit a CALL instruction with PC-relative displacement.
591     BuildMI(BB, X86::CALLpcrel32, 1).addPCDisp(F);
592   } else {
593     unsigned Reg = getReg(CI.getCalledValue());
594     BuildMI(BB, X86::CALLr32, 1).addReg(Reg);
595   }
596
597   // Adjust the stack by `bytesPushed' amount if non-zero
598   if (bytesPushed > 0)
599     BuildMI (BB, X86::ADDri32,2,X86::ESP).addReg(X86::ESP).addZImm(bytesPushed);
600
601   // If there is a return value, scavenge the result from the location the call
602   // leaves it in...
603   //
604   if (CI.getType() != Type::VoidTy) {
605     unsigned resultTypeClass = getClass (CI.getType ());
606     switch (resultTypeClass) {
607     case cByte:
608     case cShort:
609     case cInt: {
610       // Integral results are in %eax, or the appropriate portion
611       // thereof.
612       static const unsigned regRegMove[] = {
613         X86::MOVrr8, X86::MOVrr16, X86::MOVrr32
614       };
615       static const unsigned AReg[] = { X86::AL, X86::AX, X86::EAX };
616       BuildMI (BB, regRegMove[resultTypeClass], 1,
617                getReg (CI)).addReg (AReg[resultTypeClass]);
618       break;
619     }
620     case cFloat:
621       // Floating-point return values live in %st(0) (i.e., the top of
622       // the FP stack.) The general way to approach this is to do a
623       // FSTP to save the top of the FP stack on the real stack, then
624       // do a MOV to load the top of the real stack into the target
625       // register.
626       visitInstruction (CI); // FIXME: add the right args for the calls below
627       // BuildMI (BB, X86::FSTPm32, 0);
628       // BuildMI (BB, X86::MOVmr32, 0);
629       break;
630     default:
631       std::cerr << "Cannot get return value for call of type '"
632                 << *CI.getType() << "'\n";
633       visitInstruction(CI);
634     }
635   }
636 }
637
638 /// visitSimpleBinary - Implement simple binary operators for integral types...
639 /// OperatorClass is one of: 0 for Add, 1 for Sub, 2 for And, 3 for Or,
640 /// 4 for Xor.
641 ///
642 void ISel::visitSimpleBinary(BinaryOperator &B, unsigned OperatorClass) {
643   if (B.getType() == Type::BoolTy)  // FIXME: Handle bools for logicals
644     visitInstruction(B);
645
646   unsigned Class = getClass(B.getType());
647   if (Class > 2)  // FIXME: Handle longs
648     visitInstruction(B);
649
650   static const unsigned OpcodeTab[][4] = {
651     // Arithmetic operators
652     { X86::ADDrr8, X86::ADDrr16, X86::ADDrr32, 0 },  // ADD
653     { X86::SUBrr8, X86::SUBrr16, X86::SUBrr32, 0 },  // SUB
654
655     // Bitwise operators
656     { X86::ANDrr8, X86::ANDrr16, X86::ANDrr32, 0 },  // AND
657     { X86:: ORrr8, X86:: ORrr16, X86:: ORrr32, 0 },  // OR
658     { X86::XORrr8, X86::XORrr16, X86::XORrr32, 0 },  // XOR
659   };
660   
661   unsigned Opcode = OpcodeTab[OperatorClass][Class];
662   unsigned Op0r = getReg(B.getOperand(0));
663   unsigned Op1r = getReg(B.getOperand(1));
664   BuildMI(BB, Opcode, 2, getReg(B)).addReg(Op0r).addReg(Op1r);
665 }
666
667 /// doMultiply - Emit appropriate instructions to multiply together
668 /// the registers op0Reg and op1Reg, and put the result in destReg.
669 /// The type of the result should be given as resultType.
670 void ISel::doMultiply(MachineBasicBlock *MBB, MachineBasicBlock::iterator &MBBI,
671                       unsigned destReg, const Type *resultType,
672                       unsigned op0Reg, unsigned op1Reg) {
673   unsigned Class = getClass (resultType);
674
675   // FIXME:
676   assert (Class <= 2 && "Someday, we will learn how to multiply"
677           "longs and floating-point numbers. This is not that day.");
678  
679   static const unsigned Regs[]     ={ X86::AL    , X86::AX     , X86::EAX     };
680   static const unsigned MulOpcode[]={ X86::MULrr8, X86::MULrr16, X86::MULrr32 };
681   static const unsigned MovOpcode[]={ X86::MOVrr8, X86::MOVrr16, X86::MOVrr32 };
682   unsigned Reg     = Regs[Class];
683
684   // Emit a MOV to put the first operand into the appropriately-sized
685   // subreg of EAX.
686   BMI(MBB, MBBI, MovOpcode[Class], 1, Reg).addReg (op0Reg);
687   
688   // Emit the appropriate multiply instruction.
689   BMI(MBB, MBBI, MulOpcode[Class], 1).addReg (op1Reg);
690
691   // Emit another MOV to put the result into the destination register.
692   BMI(MBB, MBBI, MovOpcode[Class], 1, destReg).addReg (Reg);
693 }
694
695 /// visitMul - Multiplies are not simple binary operators because they must deal
696 /// with the EAX register explicitly.
697 ///
698 void ISel::visitMul(BinaryOperator &I) {
699   unsigned DestReg = getReg(I);
700   unsigned Op0Reg  = getReg(I.getOperand(0));
701   unsigned Op1Reg  = getReg(I.getOperand(1));
702   MachineBasicBlock::iterator MBBI = BB->end();
703   doMultiply(BB, MBBI, DestReg, I.getType(), Op0Reg, Op1Reg);
704 }
705
706
707 /// visitDivRem - Handle division and remainder instructions... these
708 /// instruction both require the same instructions to be generated, they just
709 /// select the result from a different register.  Note that both of these
710 /// instructions work differently for signed and unsigned operands.
711 ///
712 void ISel::visitDivRem(BinaryOperator &I) {
713   unsigned Class = getClass(I.getType());
714   if (Class > 2)  // FIXME: Handle longs
715     visitInstruction(I);
716
717   static const unsigned Regs[]     ={ X86::AL    , X86::AX     , X86::EAX     };
718   static const unsigned MovOpcode[]={ X86::MOVrr8, X86::MOVrr16, X86::MOVrr32 };
719   static const unsigned ExtOpcode[]={ X86::CBW   , X86::CWD    , X86::CDQ     };
720   static const unsigned ClrOpcode[]={ X86::XORrr8, X86::XORrr16, X86::XORrr32 };
721   static const unsigned ExtRegs[]  ={ X86::AH    , X86::DX     , X86::EDX     };
722
723   static const unsigned DivOpcode[][4] = {
724     { X86::DIVrr8 , X86::DIVrr16 , X86::DIVrr32 , 0 },  // Unsigned division
725     { X86::IDIVrr8, X86::IDIVrr16, X86::IDIVrr32, 0 },  // Signed division
726   };
727
728   bool isSigned   = I.getType()->isSigned();
729   unsigned Reg    = Regs[Class];
730   unsigned ExtReg = ExtRegs[Class];
731   unsigned Op0Reg = getReg(I.getOperand(0));
732   unsigned Op1Reg = getReg(I.getOperand(1));
733
734   // Put the first operand into one of the A registers...
735   BuildMI(BB, MovOpcode[Class], 1, Reg).addReg(Op0Reg);
736
737   if (isSigned) {
738     // Emit a sign extension instruction...
739     BuildMI(BB, ExtOpcode[Class], 0);
740   } else {
741     // If unsigned, emit a zeroing instruction... (reg = xor reg, reg)
742     BuildMI(BB, ClrOpcode[Class], 2, ExtReg).addReg(ExtReg).addReg(ExtReg);
743   }
744
745   // Emit the appropriate divide or remainder instruction...
746   BuildMI(BB, DivOpcode[isSigned][Class], 1).addReg(Op1Reg);
747
748   // Figure out which register we want to pick the result out of...
749   unsigned DestReg = (I.getOpcode() == Instruction::Div) ? Reg : ExtReg;
750   
751   // Put the result into the destination register...
752   BuildMI(BB, MovOpcode[Class], 1, getReg(I)).addReg(DestReg);
753 }
754
755
756 /// Shift instructions: 'shl', 'sar', 'shr' - Some special cases here
757 /// for constant immediate shift values, and for constant immediate
758 /// shift values equal to 1. Even the general case is sort of special,
759 /// because the shift amount has to be in CL, not just any old register.
760 ///
761 void ISel::visitShiftInst (ShiftInst &I) {
762   unsigned Op0r = getReg (I.getOperand(0));
763   unsigned DestReg = getReg(I);
764   bool isLeftShift = I.getOpcode() == Instruction::Shl;
765   bool isOperandSigned = I.getType()->isUnsigned();
766   unsigned OperandClass = getClass(I.getType());
767
768   if (OperandClass > 2)
769     visitInstruction(I); // Can't handle longs yet!
770
771   if (ConstantUInt *CUI = dyn_cast <ConstantUInt> (I.getOperand (1)))
772     {
773       // The shift amount is constant, guaranteed to be a ubyte. Get its value.
774       assert(CUI->getType() == Type::UByteTy && "Shift amount not a ubyte?");
775       unsigned char shAmt = CUI->getValue();
776
777       static const unsigned ConstantOperand[][4] = {
778         { X86::SHRir8, X86::SHRir16, X86::SHRir32, 0 },  // SHR
779         { X86::SARir8, X86::SARir16, X86::SARir32, 0 },  // SAR
780         { X86::SHLir8, X86::SHLir16, X86::SHLir32, 0 },  // SHL
781         { X86::SHLir8, X86::SHLir16, X86::SHLir32, 0 },  // SAL = SHL
782       };
783
784       const unsigned *OpTab = // Figure out the operand table to use
785         ConstantOperand[isLeftShift*2+isOperandSigned];
786
787       // Emit: <insn> reg, shamt  (shift-by-immediate opcode "ir" form.)
788       BuildMI(BB, OpTab[OperandClass], 2, DestReg).addReg(Op0r).addZImm(shAmt);
789     }
790   else
791     {
792       // The shift amount is non-constant.
793       //
794       // In fact, you can only shift with a variable shift amount if
795       // that amount is already in the CL register, so we have to put it
796       // there first.
797       //
798
799       // Emit: move cl, shiftAmount (put the shift amount in CL.)
800       BuildMI(BB, X86::MOVrr8, 1, X86::CL).addReg(getReg(I.getOperand(1)));
801
802       // This is a shift right (SHR).
803       static const unsigned NonConstantOperand[][4] = {
804         { X86::SHRrr8, X86::SHRrr16, X86::SHRrr32, 0 },  // SHR
805         { X86::SARrr8, X86::SARrr16, X86::SARrr32, 0 },  // SAR
806         { X86::SHLrr8, X86::SHLrr16, X86::SHLrr32, 0 },  // SHL
807         { X86::SHLrr8, X86::SHLrr16, X86::SHLrr32, 0 },  // SAL = SHL
808       };
809
810       const unsigned *OpTab = // Figure out the operand table to use
811         NonConstantOperand[isLeftShift*2+isOperandSigned];
812
813       BuildMI(BB, OpTab[OperandClass], 1, DestReg).addReg(Op0r);
814     }
815 }
816
817
818 /// visitLoadInst - Implement LLVM load instructions in terms of the x86 'mov'
819 /// instruction.
820 ///
821 void ISel::visitLoadInst(LoadInst &I) {
822   unsigned Class = getClass(I.getType());
823   if (Class > 2)  // FIXME: Handle longs and others...
824     visitInstruction(I);
825
826   static const unsigned Opcode[] = { X86::MOVmr8, X86::MOVmr16, X86::MOVmr32 };
827
828   unsigned AddressReg = getReg(I.getOperand(0));
829   addDirectMem(BuildMI(BB, Opcode[Class], 4, getReg(I)), AddressReg);
830 }
831
832
833 /// visitStoreInst - Implement LLVM store instructions in terms of the x86 'mov'
834 /// instruction.
835 ///
836 void ISel::visitStoreInst(StoreInst &I) {
837   unsigned Class = getClass(I.getOperand(0)->getType());
838   if (Class > 2)  // FIXME: Handle longs and others...
839     visitInstruction(I);
840
841   static const unsigned Opcode[] = { X86::MOVrm8, X86::MOVrm16, X86::MOVrm32 };
842
843   unsigned ValReg = getReg(I.getOperand(0));
844   unsigned AddressReg = getReg(I.getOperand(1));
845   addDirectMem(BuildMI(BB, Opcode[Class], 1+4), AddressReg).addReg(ValReg);
846 }
847
848
849 /// visitCastInst - Here we have various kinds of copying with or without
850 /// sign extension going on.
851 void
852 ISel::visitCastInst (CastInst &CI)
853 {
854   const Type *targetType = CI.getType ();
855   Value *operand = CI.getOperand (0);
856   unsigned int operandReg = getReg (operand);
857   const Type *sourceType = operand->getType ();
858   unsigned int destReg = getReg (CI);
859   //
860   // Currently we handle:
861   //
862   // 1) cast * to bool
863   //
864   // 2) cast {sbyte, ubyte} to {sbyte, ubyte}
865   //    cast {short, ushort} to {ushort, short}
866   //    cast {int, uint, ptr} to {int, uint, ptr}
867   //
868   // 3) cast {sbyte, ubyte} to {ushort, short}
869   //    cast {sbyte, ubyte} to {int, uint, ptr}
870   //    cast {short, ushort} to {int, uint, ptr}
871   //
872   // 4) cast {int, uint, ptr} to {short, ushort}
873   //    cast {int, uint, ptr} to {sbyte, ubyte}
874   //    cast {short, ushort} to {sbyte, ubyte}
875
876   // 1) Implement casts to bool by using compare on the operand followed
877   // by set if not zero on the result.
878   if (targetType == Type::BoolTy)
879     {
880       BuildMI (BB, X86::CMPri8, 2).addReg (operandReg).addZImm (0);
881       BuildMI (BB, X86::SETNEr, 1, destReg);
882       return;
883     }
884
885   // 2) Implement casts between values of the same type class (as determined
886   // by getClass) by using a register-to-register move.
887   unsigned srcClass = getClassB (sourceType);
888   unsigned targClass = getClass (targetType);
889   static const unsigned regRegMove[] = {
890     X86::MOVrr8, X86::MOVrr16, X86::MOVrr32
891   };
892   if ((srcClass < cLong) && (targClass < cLong) && (srcClass == targClass))
893     {
894       BuildMI (BB, regRegMove[srcClass], 1, destReg).addReg (operandReg);
895       return;
896     }
897   // 3) Handle cast of SMALLER int to LARGER int using a move with sign
898   // extension or zero extension, depending on whether the source type
899   // was signed.
900   if ((srcClass < cLong) && (targClass < cLong) && (srcClass < targClass))
901     {
902       static const unsigned ops[] = {
903         X86::MOVSXr16r8, X86::MOVSXr32r8, X86::MOVSXr32r16,
904         X86::MOVZXr16r8, X86::MOVZXr32r8, X86::MOVZXr32r16
905       };
906       unsigned srcSigned = sourceType->isSigned ();
907       BuildMI (BB, ops[3 * srcSigned + srcClass + targClass - 1], 1,
908                destReg).addReg (operandReg);
909       return;
910     }
911   // 4) Handle cast of LARGER int to SMALLER int using a move to EAX
912   // followed by a move out of AX or AL.
913   if ((srcClass < cLong) && (targClass < cLong) && (srcClass > targClass))
914     {
915       static const unsigned AReg[] = { X86::AL, X86::AX, X86::EAX };
916       BuildMI (BB, regRegMove[srcClass], 1,
917                AReg[srcClass]).addReg (operandReg);
918       BuildMI (BB, regRegMove[targClass], 1, destReg).addReg (AReg[srcClass]);
919       return;
920     }
921   // Anything we haven't handled already, we can't (yet) handle at all.
922   //
923   // FP to integral casts can be handled with FISTP to store onto the
924   // stack while converting to integer, followed by a MOV to load from
925   // the stack into the result register. Integral to FP casts can be
926   // handled with MOV to store onto the stack, followed by a FILD to
927   // load from the stack while converting to FP. For the moment, I
928   // can't quite get straight in my head how to borrow myself some
929   // stack space and write on it. Otherwise, this would be trivial.
930   visitInstruction (CI);
931 }
932
933 // ExactLog2 - This function solves for (Val == 1 << (N-1)) and returns N.  It
934 // returns zero when the input is not exactly a power of two.
935 static unsigned ExactLog2(unsigned Val) {
936   if (Val == 0) return 0;
937   unsigned Count = 0;
938   while (Val != 1) {
939     if (Val & 1) return 0;
940     Val >>= 1;
941     ++Count;
942   }
943   return Count+1;
944 }
945
946 /// visitGetElementPtrInst - I don't know, most programs don't have
947 /// getelementptr instructions, right? That means we can put off
948 /// implementing this, right? Right. This method emits machine
949 /// instructions to perform type-safe pointer arithmetic. I am
950 /// guessing this could be cleaned up somewhat to use fewer temporary
951 /// registers.
952 void
953 ISel::visitGetElementPtrInst (GetElementPtrInst &I)
954 {
955   unsigned outputReg = getReg (I);
956   MachineBasicBlock::iterator MI = BB->end();
957   emitGEPOperation(BB, MI, I.getOperand(0),
958                    I.op_begin()+1, I.op_end(), outputReg);
959 }
960
961 void ISel::emitGEPOperation(MachineBasicBlock *MBB,
962                             MachineBasicBlock::iterator &IP,
963                             Value *Src, User::op_iterator IdxBegin,
964                             User::op_iterator IdxEnd, unsigned TargetReg) {
965   const TargetData &TD = TM.getTargetData();
966   const Type *Ty = Src->getType();
967   unsigned basePtrReg = getReg(Src, MBB, IP);
968
969   // GEPs have zero or more indices; we must perform a struct access
970   // or array access for each one.
971   for (GetElementPtrInst::op_iterator oi = IdxBegin,
972          oe = IdxEnd; oi != oe; ++oi) {
973     Value *idx = *oi;
974     unsigned nextBasePtrReg = makeAnotherReg(Type::UIntTy);
975     if (const StructType *StTy = dyn_cast <StructType> (Ty)) {
976       // It's a struct access.  idx is the index into the structure,
977       // which names the field. This index must have ubyte type.
978       const ConstantUInt *CUI = cast <ConstantUInt> (idx);
979       assert (CUI->getType () == Type::UByteTy
980               && "Funny-looking structure index in GEP");
981       // Use the TargetData structure to pick out what the layout of
982       // the structure is in memory.  Since the structure index must
983       // be constant, we can get its value and use it to find the
984       // right byte offset from the StructLayout class's list of
985       // structure member offsets.
986       unsigned idxValue = CUI->getValue ();
987       unsigned memberOffset =
988         TD.getStructLayout (StTy)->MemberOffsets[idxValue];
989       // Emit an ADD to add memberOffset to the basePtr.
990       BMI(MBB, IP, X86::ADDri32, 2,
991           nextBasePtrReg).addReg (basePtrReg).addZImm (memberOffset);
992       // The next type is the member of the structure selected by the
993       // index.
994       Ty = StTy->getElementTypes ()[idxValue];
995     } else if (const SequentialType *SqTy = cast <SequentialType>(Ty)) {
996       // It's an array or pointer access: [ArraySize x ElementType].
997
998       // idx is the index into the array.  Unlike with structure
999       // indices, we may not know its actual value at code-generation
1000       // time.
1001       assert(idx->getType() == Type::LongTy && "Bad GEP array index!");
1002
1003       // We want to add basePtrReg to (idxReg * sizeof ElementType). First, we
1004       // must find the size of the pointed-to type (Not coincidentally, the next
1005       // type is the type of the elements in the array).
1006       Ty = SqTy->getElementType();
1007       unsigned elementSize = TD.getTypeSize(Ty);
1008
1009       // If idxReg is a constant, we don't need to perform the multiply!
1010       if (ConstantSInt *CSI = dyn_cast<ConstantSInt>(idx)) {
1011         if (CSI->isNullValue()) {
1012           BMI(MBB, IP, X86::MOVrr32, 1, nextBasePtrReg).addReg(basePtrReg);
1013         } else {
1014           unsigned Offset = elementSize*CSI->getValue();
1015
1016           BMI(MBB, IP, X86::ADDri32, 2,
1017               nextBasePtrReg).addReg(basePtrReg).addZImm(Offset);
1018         }
1019       } else if (elementSize == 1) {
1020         // If the element size is 1, we don't have to multiply, just add
1021         unsigned idxReg = getReg(idx, MBB, IP);
1022         BMI(MBB, IP, X86::ADDrr32, 2,
1023             nextBasePtrReg).addReg(basePtrReg).addReg(idxReg);
1024       } else {
1025         unsigned idxReg = getReg(idx, MBB, IP);
1026         unsigned OffsetReg = makeAnotherReg(Type::UIntTy);
1027         if (unsigned Shift = ExactLog2(elementSize)) {
1028           // If the element size is exactly a power of 2, use a shift to get it.
1029
1030           BMI(MBB, IP, X86::SHLir32, 2,
1031               OffsetReg).addReg(idxReg).addZImm(Shift-1);
1032         } else {
1033           // Most general case, emit a multiply...
1034           unsigned elementSizeReg = makeAnotherReg(Type::LongTy);
1035           BMI(MBB, IP, X86::MOVir32, 1, elementSizeReg).addZImm(elementSize);
1036         
1037           // Emit a MUL to multiply the register holding the index by
1038           // elementSize, putting the result in OffsetReg.
1039           doMultiply(MBB, IP, OffsetReg, Type::LongTy, idxReg, elementSizeReg);
1040         }
1041         // Emit an ADD to add OffsetReg to the basePtr.
1042         BMI(MBB, IP, X86::ADDrr32, 2,
1043             nextBasePtrReg).addReg (basePtrReg).addReg (OffsetReg);
1044       }
1045     }
1046     // Now that we are here, further indices refer to subtypes of this
1047     // one, so we don't need to worry about basePtrReg itself, anymore.
1048     basePtrReg = nextBasePtrReg;
1049   }
1050   // After we have processed all the indices, the result is left in
1051   // basePtrReg.  Move it to the register where we were expected to
1052   // put the answer.  A 32-bit move should do it, because we are in
1053   // ILP32 land.
1054   BMI(MBB, IP, X86::MOVrr32, 1, TargetReg).addReg (basePtrReg);
1055 }
1056
1057
1058 /// visitMallocInst - I know that personally, whenever I want to remember
1059 /// something, I have to clear off some space in my brain.
1060 void
1061 ISel::visitMallocInst (MallocInst &I)
1062 {
1063   // We assume that by this point, malloc instructions have been
1064   // lowered to calls, and dlsym will magically find malloc for us.
1065   // So we do not want to see malloc instructions here.
1066   visitInstruction (I);
1067 }
1068
1069
1070 /// visitFreeInst - same story as MallocInst
1071 void
1072 ISel::visitFreeInst (FreeInst &I)
1073 {
1074   // We assume that by this point, free instructions have been
1075   // lowered to calls, and dlsym will magically find free for us.
1076   // So we do not want to see free instructions here.
1077   visitInstruction (I);
1078 }
1079
1080
1081 /// visitAllocaInst - I want some stack space. Come on, man, I said I
1082 /// want some freakin' stack space.
1083 void
1084 ISel::visitAllocaInst (AllocaInst &I)
1085 {
1086   // Find the data size of the alloca inst's getAllocatedType.
1087   const Type *allocatedType = I.getAllocatedType ();
1088   const TargetData &TD = TM.DataLayout;
1089   unsigned allocatedTypeSize = TD.getTypeSize (allocatedType);
1090   // Keep stack 32-bit aligned.
1091   unsigned int allocatedTypeWords = allocatedTypeSize / 4;
1092   if (allocatedTypeSize % 4 != 0) { allocatedTypeWords++; }
1093   // Subtract size from stack pointer, thereby allocating some space.
1094   BuildMI(BB, X86::SUBri32, 2,
1095           X86::ESP).addReg(X86::ESP).addZImm(allocatedTypeWords * 4);
1096   // Put a pointer to the space into the result register, by copying
1097   // the stack pointer.
1098   BuildMI (BB, X86::MOVrr32, 1, getReg (I)).addReg (X86::ESP);
1099 }
1100     
1101
1102 /// createSimpleX86InstructionSelector - This pass converts an LLVM function
1103 /// into a machine code representation is a very simple peep-hole fashion.  The
1104 /// generated code sucks but the implementation is nice and simple.
1105 ///
1106 Pass *createSimpleX86InstructionSelector(TargetMachine &TM) {
1107   return new ISel(TM);
1108 }