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[libfirm] / include / libfirm / irgraph.h
1 /*
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3  *
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17  * PURPOSE.
18  */
19
20 /**
21  * @file
22  * @brief    Entry point to the representation of procedure code.
23  * @author   Martin Trapp, Christian Schaefer, Goetz Lindenmaier
24  * @version  $Id$
25  */
26 #ifndef FIRM_IR_IRGRAPH_H
27 #define FIRM_IR_IRGRAPH_H
28
29 #include <stddef.h>
30
31 #include "firm_types.h"
32 #include "irop.h"
33 #include "iropt.h"
34 #include "irextbb.h"
35 #include "typerep.h"
36
37 /**
38  * @page ir_graph   The struct ir_graph
39  *
40  * This struct contains all information about a procedure.
41  * It's allocated directly to memory.
42  *
43  * The fields of ir_graph:
44  *
45  * - ent             The entity describing this procedure.
46  *
47  * The beginning and end of a graph:
48  *
49  * - start_block     This ir_node is the block that contains the unique
50  *                   start node of the procedure.  With it it contains
51  *                   the Proj's on starts results.
52  *                   Further all Const nodes are placed in the start block.
53  * - start           This ir_node is the unique start node of the procedure.
54  *
55  * - end_block       This ir_node is the block that contains the unique
56  *                   end node of the procedure.  This block contains no
57  *                   further nodes.
58  * - end             This ir_node is the unique end node of the procedure.
59  *
60  * The following nodes are Projs from the Start node, held in ir_graph for
61  * simple access:
62  *
63  * - frame           The ir_node producing the pointer to the stack frame of
64  *                   the procedure as output.  This is the Proj node on the
65  *                   third output of the start node.  This output of the start
66  *                   node is tagged as pns_frame_base.  In FIRM most local
67  *                   variables are modeled as data flow edges.  Static
68  *                   allocated arrays can not be represented as data flow
69  *                   edges. Therefore FIRM has to represent them in the stack
70  *                   frame.
71  *
72  * - globals         This models a pointer to a space in the memory where
73  *                   _all_ global things are held.  Select from this pointer
74  *                   with a Sel node the pointer to a global variable /
75  *                   procedure / compiler known function... .
76  *
77  * - tls             This models a pointer to a space in the memory where
78  *                   thread local things are held.  Select from this pointer
79  *                   with a Sel node the pointer to a thread local variable.
80  *
81  * - args            The ir_node that produces the arguments of the method as
82  *                   it's result.  This is a Proj node on the fourth output of
83  *                   the start node.  This output is tagged as pn_Start_T_args.
84  *
85  * - proj_args       The proj nodes of the args node.
86  *
87  * - bad             The Bad node is an auxiliary node. It is needed only once,
88  *                   so there is this globally reachable node.
89  *
90  * - no_mem          The NoMem node is an auxiliary node. It is needed only once,
91  *                   so there is this globally reachable node.
92  *
93  * Data structures that are private to a graph:
94  *
95  * - obst            An obstack that contains all nodes.
96  *
97  * - current_block   A pointer to the current block.  Any node created with
98  *                   one of the node constructors (new_<opcode>) are assigned
99  *                   to this block.  It can be set with set_cur_block(block).
100  *                   Only needed for ir construction.
101  *
102  * - params/n_loc    An int giving the number of local variables in this
103  *                  procedure.  This is needed for ir construction. Name will
104  *                   be changed.
105  *
106  * - value_table     This hash table (pset) is used for global value numbering
107  *                   for optimizing use in iropt.c.
108  *
109  * - Phi_in_stack;   a stack needed for automatic Phi construction, needed only
110  *                   during ir construction.
111  *
112  * - visited         A int used as flag to traverse the ir_graph.
113  *
114  * - block_visited    A int used as a flag to traverse block nodes in the graph.
115  */
116
117 /** Global variable holding the current ir graph.
118  *
119  *  This global variable is used by the ir construction
120  *  interface in ircons and by the optimizations.
121  *  Further it is set by all walker functions.
122  */
123 extern ir_graph *current_ir_graph;
124
125 ir_graph *get_current_ir_graph(void);
126 void      set_current_ir_graph(ir_graph *graph);
127
128 /** This flag indicate the current view. The behavior of some methods
129  * (get_irn_*, set_irn_*) is influenced by this flag. */
130 int get_interprocedural_view(void);
131 void set_interprocedural_view(int state);
132
133 /**
134  * Create a new ir graph to build ir for a procedure.
135  *
136  * @param ent    A pointer to an entity representing the procedure,
137  *               i.e., the type of the entity must be of a method type.
138  *
139  * @param n_loc  The number of local variables in this procedure including
140  *               the procedure parameters.
141  *
142  * This constructor generates the basic infrastructure needed to
143  * represent a procedure in FIRM.
144  *
145  * It allocates an ir_graph and sets the field irg of the entity ent
146  * as well as current_ir_graph to point to this graph.
147  * Further it allocates the following nodes needed for every
148  * procedure:
149  *
150  * - The start block containing a start node and Proj nodes for it's
151  *   seven results (X, M, P, P, P, T, P).
152  * - The end block containing an end node. This block is not matured
153  *   after executing new_ir_graph() as predecessors need to be added to it.
154  *   (Maturing a block means fixing it's number of predecessors.)
155  * - The current block, which is empty and also not matured.
156  *
157  * Further it enters the global store into the data structure of the start
158  * block that contains all valid values in this block (set_store()).  This
159  * data structure is used to build the Phi nodes and removed after
160  * completion of the graph.  There is no path from end to start in the
161  * graph after calling ir_graph.
162  *
163  * The op_pin_state of the graph is set to "op_pin_state_pinned"
164  * if no global cse was performed on the graph.
165  * It is set to "op_pin_state_floats" if global cse was performed
166  * (and during construction: did actually change something).
167  * Code placement is necessary.
168  *
169  * @see new_pseudo_ir_graph()
170  */
171 ir_graph *new_ir_graph (ir_entity *ent, int n_loc);
172
173 /** Frees the passed irgraph.
174  * Deallocates all nodes in this graph and the ir_graph structure.
175  * Sets the field irgraph in the corresponding entity to NULL.
176  * Does not remove the irgraph from the list in irprog (requires
177  * inefficient search, call remove_irp_irg by hand).
178  * Does not free types, entities or modes that are used only by this
179  * graph, nor the entity standing for this graph.
180  */
181 void free_ir_graph (ir_graph *irg);
182
183 /* --- access routines for all ir_graph attributes --- */
184
185 /**
186  *   Checks whether a pointer points to a ir graph.
187  *
188  *   @param thing     an arbitrary pointer
189  *
190  *   @return
191  *       true if the thing is a ir graph, else false
192  */
193 int      is_ir_graph(const void *thing);
194
195 /* #define get_irg_entity get_irg_ent */
196 /* #define set_irg_entity set_irg_ent */
197 ir_entity *get_irg_entity (const ir_graph *irg);
198 void       set_irg_entity (ir_graph *irg, ir_entity *ent);
199
200 ir_type *get_irg_frame_type (ir_graph *irg);
201 void     set_irg_frame_type (ir_graph *irg, ir_type *ftp);
202
203 ir_node *get_irg_start_block (const ir_graph *irg);
204 void     set_irg_start_block (ir_graph *irg, ir_node *node);
205
206 ir_node *get_irg_start (const ir_graph *irg);
207 void     set_irg_start (ir_graph *irg, ir_node *node);
208
209 ir_node *get_irg_end_block (const ir_graph *irg);
210 void     set_irg_end_block (ir_graph *irg, ir_node *node);
211
212 ir_node *get_irg_end (const ir_graph *irg);
213 void     set_irg_end (ir_graph *irg, ir_node *node);
214
215 /* The fields end_reg and end_except contain the end nodes of the
216    interprocedural view.  If the view is not constructed they contain
217    the normal end node. */
218 ir_node *get_irg_end_reg (const ir_graph *irg);
219 void     set_irg_end_reg (ir_graph *irg, ir_node *node);
220
221 ir_node *get_irg_end_except (const ir_graph *irg);
222 void     set_irg_end_except (ir_graph *irg, ir_node *node);
223
224 /** Returns the node that represents the frame pointer. */
225 ir_node *get_irg_frame (const ir_graph *irg);
226 /** Sets the node that represents the frame pointer. */
227 void     set_irg_frame (ir_graph *irg, ir_node *node);
228
229 /** Returns the node that represents the global pointer. */
230 ir_node *get_irg_globals (const ir_graph *irg);
231 /** Sets the node that represents the global pointer. */
232 void     set_irg_globals (ir_graph *irg, ir_node *node);
233
234 /** Returns the node that represents the tls pointer. */
235 ir_node *get_irg_tls (const ir_graph *irg);
236 /** Sets the node that represents the tls pointer. */
237 void     set_irg_tls (ir_graph *irg, ir_node *node);
238
239 /** Returns the node that represents the initial memory. */
240 ir_node *get_irg_initial_mem (const ir_graph *irg);
241 /** Sets the node that represents the initial memory. */
242 void     set_irg_initial_mem (ir_graph *irg, ir_node *node);
243
244 /** Returns the node that represents the argument pointer. */
245 ir_node *get_irg_args (const ir_graph *irg);
246 /** Sets the node that represents the argument pointer. */
247 void     set_irg_args (ir_graph *irg, ir_node *node);
248
249 /** Returns the node that represents the value parameter base pointer. */
250 ir_node *get_irg_value_param_base (const ir_graph *irg);
251 /** Sets the node that represents the value parameter base pointer. */
252 void     set_irg_value_param_base (ir_graph *irg, ir_node *node);
253
254 /** Returns an array of the nodes of the argument pointer. */
255 ir_node **get_irg_proj_args (const ir_graph *irg);
256 /** Sets the array of the nodes of the argument pointer. */
257 void     set_irg_proj_args (ir_graph *irg, ir_node **nodes);
258
259 /** Returns the current block of a graph. */
260 ir_node *get_irg_current_block (const ir_graph *irg);
261 /** Sets the current block of a graph. */
262 void     set_irg_current_block (ir_graph *irg, ir_node *node);
263
264 /** Returns the Bad node.  Use new_Bad() instead!! */
265 ir_node *get_irg_bad (const ir_graph *irg);
266 void     set_irg_bad (ir_graph *irg, ir_node *node);
267
268 /** Returns the NoMem node.  Use new_NoMem() instead!! */
269 ir_node *get_irg_no_mem (const ir_graph *irg);
270 void     set_irg_no_mem (ir_graph *irg, ir_node *node);
271
272 /** Returns the number of value numbers of a graph. */
273 int      get_irg_n_locs (ir_graph *irg);
274
275 /** Returns the graph number. */
276 long     get_irg_graph_nr(ir_graph *irg);
277
278 /********************************************************************************/
279 /* States of an ir_graph.                                                       */
280 /********************************************************************************/
281
282 /*
283    information associated with the graph.  Optimizations invalidate these
284    states.  */
285
286 /** The states of an ir graph.
287  *
288  * state phase values: phase_building, phase_high, phase_low, phase_backend.
289  *
290  * The graph is in phase_building during construction of the irgraph.
291  * The construction is finished by a call to finalize_cons().
292  *
293  * Finalize_cons() sets the state to phase_high.  All standard Firm nodes are
294  * allowed.
295  *
296  * To get the irgraph into phase_low all Sel nodes must be removed and
297  * replaced by explicit address computations.  SymConst size and
298  * type tag nodes must be removed (@@@ really?).  Initialization of
299  * memory allocated by Alloc must be explicit.  @@@ More conditions?
300  *
301  * phase_backend is set if architecture specific machine nodes are inserted
302  * (and probably most standard Firm are removed).
303  */
304 typedef enum {
305         phase_building,  /**< The graph is still being constructed. */
306         phase_high,      /**< The construction of the graph is finish, high level nodes may be present. */
307         phase_low,       /**< High level nodes are removed. */
308         phase_backend    /**< The graph is taken by the backend.  Machine specific nodes may be present. */
309 } irg_phase_state;
310
311 /** returns the phase_state of an IR graph. */
312 irg_phase_state get_irg_phase_state (const ir_graph *irg);
313
314 /** sets the phase state of an IR graph. */
315 void set_irg_phase_state(ir_graph *irg, irg_phase_state state);
316
317 #define set_irg_phase_low(irg)  set_irg_phase_state(irg, phase_low)
318
319 /** state: op_pin_state_pinned
320    The graph is "op_pin_state_pinned" if all nodes are associated with a basic block.
321    It is in state "op_pin_state_floats" if nodes are in arbitrary blocks.  In state
322    "op_pin_state_floats" the block predecessor is set in all nodes, but this can be an
323    invalid block, i.e., the block is not a dominator of all the uses of
324    the node.
325    The enum op_pin_state is defined in irop.h. */
326 op_pin_state get_irg_pinned (const ir_graph *irg);
327
328 /** state: outs_state
329  *  Outs are the back edges or def-use edges of ir nodes.
330  *  Values:  outs_none, outs_consistent, outs_inconsistent */
331 typedef enum {
332         outs_none,         /**< Outs are not computed, no memory is allocated. */
333         outs_consistent,   /**< Outs are computed and correct. */
334         outs_inconsistent  /**< Outs have been computed, memory is still allocated,
335                                 but the graph has been changed since. */
336 } irg_outs_state;
337 irg_outs_state get_irg_outs_state(const ir_graph *irg);
338 void           set_irg_outs_inconsistent(ir_graph *irg);
339
340 /** state:  extended basic block state. */
341 typedef enum {
342         extblk_none    = 0,  /**< No extended basic block information is constructed. Default. */
343         extblk_valid   = 1,  /**< Extended basic block information is valid. */
344         extblk_invalid = 2   /**< Extended basic block information is constructed but invalid. */
345 } irg_extblk_state;
346 irg_extblk_state get_irg_extblk_state(const ir_graph *irg);
347 void             set_irg_extblk_inconsistent(ir_graph *irg);
348
349 /** state: dom_state
350  * Signals the state of the dominator / post dominator information.
351  */
352 typedef enum {
353         dom_none,             /**< dominator are not computed, no memory is allocated */
354         dom_consistent,       /**< dominator information is computed and correct */
355         dom_inconsistent      /**< dominator information is computed but the graph has been changed since */
356 } irg_dom_state;
357
358 /** returns the dominator state of an IR graph. */
359 irg_dom_state get_irg_dom_state(const ir_graph *irg);
360
361 /** returns the post dominator state of an IR graph. */
362 irg_dom_state get_irg_postdom_state(const ir_graph *irg);
363
364 /** sets the dominator and post dominator state of an IR graph to inconsistent. */
365 void set_irg_doms_inconsistent(ir_graph *irg);
366
367 /** state: loopinfo_state
368  *  Loop information describes the loops within the control and
369  *  data flow of the procedure.
370  */
371 typedef enum {
372         loopinfo_none             = 0,       /**< No loop information is constructed. Default. */
373         loopinfo_constructed      = 1,       /**< Some kind of loop information is constructed. */
374         loopinfo_valid            = 2,       /**< Loop information is valid. */
375         loopinfo_cf               = 4,       /**< Loop information constructed for control flow only. */
376         loopinfo_inter            = 8,       /**< Loop information for interprocedural view. */
377
378         loopinfo_for_firmjni      = 16,      /**< A hack for firmjni:  all enums must differ as they
379                                                   are used in a switch. */
380
381         /** IntRAprocedural loop information constructed and valid. */
382         loopinfo_consistent         = loopinfo_constructed | loopinfo_for_firmjni | loopinfo_valid,
383         /** IntRAprocedural loop information constructed and invalid. */
384         loopinfo_inconsistent       = loopinfo_constructed | loopinfo_for_firmjni,
385
386         /** IntERprocedural loop information constructed and valid. */
387         loopinfo_ip_consistent      = loopinfo_constructed | loopinfo_inter | loopinfo_valid,
388         /** IntERprocedural loop information constructed and invalid. */
389         loopinfo_ip_inconsistent    = loopinfo_constructed | loopinfo_inter,
390
391         /** IntRAprocedural control loop information constructed and valid. */
392         loopinfo_cf_consistent      = loopinfo_constructed | loopinfo_cf | loopinfo_valid,
393         /** IntRAprocedural control loop information constructed and invalid. */
394         loopinfo_cf_inconsistent    = loopinfo_constructed | loopinfo_cf,
395
396         /** IntERprocedural control loop information constructed and valid. */
397         loopinfo_cf_ip_consistent   = loopinfo_constructed | loopinfo_cf | loopinfo_inter | loopinfo_valid,
398         /** IntERprocedural control loop information constructed and invalid. */
399         loopinfo_cf_ip_inconsistent = loopinfo_constructed | loopinfo_cf | loopinfo_inter
400 } irg_loopinfo_state;
401
402 /** Return the current loop information state. */
403 irg_loopinfo_state get_irg_loopinfo_state(const ir_graph *irg);
404
405 /** Sets the current loop information state. */
406 void set_irg_loopinfo_state(ir_graph *irg, irg_loopinfo_state s);
407
408 /** Sets the loop information state to the appropriate inconsistent state.
409  *  If state is 'none' does not change. */
410 void set_irg_loopinfo_inconsistent(ir_graph *irg);
411 /** Sets the loop information state to the appropriate inconsistent state.
412  *  If state is 'none' does not change.
413  *  Does this for all irgs. */
414 void set_irp_loopinfo_inconsistent(void);
415
416 /** state: callee_information_state
417  *  Call nodes contain a list of possible callees.  This list must be
418  *  computed by an analysis.
419  *
420  *  It's strange that this state is administered on irg basis, as the
421  *  information must be computed for the whole program, or not?
422  */
423 typedef enum {
424         irg_callee_info_none,
425         irg_callee_info_consistent,
426         irg_callee_info_inconsistent
427 } irg_callee_info_state;
428
429 /** returns the callee_info_state of an IR graph. */
430 irg_callee_info_state get_irg_callee_info_state(const ir_graph *irg);
431
432 /** sets the callee_info_state of an IR graph. */
433 void                  set_irg_callee_info_state(ir_graph *irg, irg_callee_info_state s);
434
435 /** property:
436  *  Tells how to handle an ir graph in inlineing.
437  */
438 typedef enum {
439         irg_inline_any,            /**< No restriction on inlineing. Default. */
440         irg_inline_forbidden,      /**< The graph may not be inlined. */
441         irg_inline_recomended,     /**< The graph should be inlined. */
442         irg_inline_forced,         /**< The graph must be inlined. */
443         irg_inline_forced_no_body  /**< The graph must be inlined. No body is allowed
444                                         to be emitted. */
445 } irg_inline_property;
446
447 /** Returns the inline property of a graph. */
448 irg_inline_property get_irg_inline_property(const ir_graph *irg);
449 /** Sets the inline property of a graph. */
450 void set_irg_inline_property(ir_graph *irg, irg_inline_property s);
451
452 /**
453  * Returns the mask of the additional graph properties.
454  * The properties are automatically inherited from the method type
455  * if they were not set using set_irg_additional_properties() or
456  * set_irg_additional_property().
457  */
458 unsigned get_irg_additional_properties(const ir_graph *irg);
459
460 /** Sets the mask of the additional graph properties. */
461 void set_irg_additional_properties(ir_graph *irg, unsigned property_mask);
462
463 /** Sets one additional graph property. */
464 void set_irg_additional_property(ir_graph *irg, mtp_additional_property flag);
465
466 /** A void * field to link arbitrary information to the node. */
467 void  set_irg_link (ir_graph *irg, void *thing);
468 void *get_irg_link (const ir_graph *irg);
469
470 /** Increments visited flag by one.
471  *  @see also: get_irn_visited() get_irg_block_visited(). */
472 void          inc_irg_visited (ir_graph *irg);
473 unsigned long get_irg_visited (const ir_graph *irg);
474 void          set_irg_visited (ir_graph *irg, unsigned long i);
475 /** An interprocedural flag valid for all irgs.
476  *  @see also: get_irn_visited() get_irg_block_visited(). */
477 unsigned long get_max_irg_visited (void);
478 void          set_max_irg_visited (int val);
479 unsigned long inc_max_irg_visited (void);
480
481 /** Increments block_visited by one.
482  *  @see also: get_irn_visited() get_irg_block_visited(). */
483 void          inc_irg_block_visited (ir_graph *irg);
484 unsigned long get_irg_block_visited (const ir_graph *irg);
485 void          set_irg_block_visited (ir_graph *irg, unsigned long i);
486
487 /**
488  * Debug helpers: You can indicate whether you are currently using visited or
489  * block_visited flags. If NDEBUG is not defined, then the compiler will abort
490  * if 2 parties try to use the flags.
491  */
492 #ifndef NDEBUG
493 void     set_using_block_visited(ir_graph *irg);
494 void     clear_using_block_visited(ir_graph *irg);
495 int      using_block_visited(const ir_graph *irg);
496 void     set_using_visited(ir_graph *irg);
497 void     clear_using_visited(ir_graph *irg);
498 int      using_visited(const ir_graph *irg);
499 void     set_using_irn_link(ir_graph *irg);
500 void     clear_using_irn_link(ir_graph *irg);
501 int      using_irn_link(const ir_graph *irg);
502 #else
503 static INLINE void set_using_block_visited(ir_graph *irg) { (void) irg; }
504 static INLINE void clear_using_block_visited(ir_graph *irg) { (void) irg; }
505 static INLINE int using_block_visited(const ir_graph *irg) { (void) irg; return 0; }
506 static INLINE void set_using_visited(ir_graph *irg) { (void) irg; }
507 static INLINE void clear_using_visited(ir_graph *irg) { (void) irg; }
508 static INLINE int using_visited(const ir_graph *irg) { (void) irg; return 0; }
509 static INLINE void set_using_irn_link(ir_graph *irg) { (void) irg; }
510 static INLINE void clear_using_irn_link(ir_graph *irg) { (void) irg; }
511 static INLINE int using_irn_link(const ir_graph *irg) { (void) irg; return 0; }
512 #endif
513
514 /** Normalization: Move Proj nodes into the same block as its predecessors */
515 void normalize_proj_nodes(ir_graph *irg);
516
517 /** set a description for local value n */
518 void set_irg_loc_description(ir_graph *irg, int n, void *description);
519
520 /** get the description for local value n */
521 void *get_irg_loc_description(ir_graph *irg, int n);
522
523 /** Returns a estimated node count of the irg. This count is updated
524  * after every irg_walk_graph().
525  */
526 unsigned get_irg_estimated_node_cnt(const ir_graph *irg);
527
528 /** Returns the last irn index for this graph. */
529 unsigned get_irg_last_idx(const ir_graph *irg);
530
531 /** Returns the floating point model of this graph. */
532 unsigned get_irg_fp_model(const ir_graph *irg);
533
534 /** Sets a floating point model for this graph. */
535 void set_irg_fp_model(ir_graph *irg, unsigned model);
536
537 /**
538  * Access custom graph data.
539  * The data must have been registered with
540  * register_additional_graph_data() before.
541  * @param graph The graph to get the data from.
542  * @param type The type of the data you registered.
543  * @param off The value returned by register_additional_graph_data().
544  * @return A pointer of type @p type.
545  */
546 #define get_irg_data(graph,type,off) \
547         (assert(off > 0 && "Invalid graph data offset"), (type *) ((char *) (graph) - (off)))
548
549 /**
550  * Get the pointer to the node some custom data belongs to.
551  * @param data The pointer to the custom data.
552  * @param off The number as returned by register_additional_graph_data().
553  * @return A pointer to the ir node the custom data belongs to.
554  */
555 #define get_irg_data_base(data,off) \
556         (assert(off > 0 && "Invalid graph data offset"), (ir_graph *) ((char *) (data) + (off)))
557
558 /**
559  * Request additional data to be allocated with an ir graph.
560  * @param size The size of the additional data required.
561  * @return A positive number, if the operation was successful, which
562  * must be passed to the access macro get_irg_data(), 0 if the
563  * registration failed.
564  */
565 size_t register_additional_graph_data(size_t size);
566
567 #endif