Hopefully better version of osr:
[libfirm] / include / libfirm / iroptimize.h
1 /*
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3  *
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17  * PURPOSE.
18  */
19
20 /**
21  * @file
22  * @brief   Available Optimisations of libFirm.
23  * @version $Id: cfopt.h 13543 2007-04-29 19:29:02Z beck $
24  */
25 #ifndef FIRM_IROPTIMIZE_H
26 #define FIRM_IROPTIMIZE_H
27
28 #include "firm_types.h"
29
30 /**
31  * Control flow optimization.
32  *
33  * Removes empty blocks doing if simplifications and loop simplifications.
34  * A block is empty if it contains only a Jmp node and Phi nodes.
35  * Merges single entry single exit blocks with their predecessor
36  * and propagates dead control flow by calling equivalent_node().
37  * Independent of compiler flag it removes Tuples from cf edges,
38  * Bad predecessors from Blocks and Phis, and unnecessary predecessors of End.
39  *
40  * @bug So far destroys backedge information.
41  * @bug Chokes on Id nodes if called in a certain order with other
42  *      optimizations.  Call local_optimize_graph() before to remove
43  *      Ids.
44  */
45 void optimize_cf(ir_graph *irg);
46
47 /**
48  * Perform partial conditional evaluation on the given graph.
49  *
50  * @param irg  the graph
51  */
52 void opt_cond_eval(ir_graph* irg);
53
54 /**
55  * Try to simplify boolean expression in the given ir graph.
56  * eg. x < 5 && x < 6 becomes x < 5
57  *
58  * @param irg  the graph
59  */
60 void opt_bool(ir_graph *irg);
61
62 /**
63  * Try to reduce the number of conv nodes in the given ir graph.
64  *
65  * @param irg  the graph
66  */
67 void conv_opt(ir_graph *irg);
68
69 /**
70  * Do the scalar replacement optimization.
71  * Make a date flow analyze and split the
72  * data flow edges.
73  *
74  * @param irg  the graph which should be optimized
75  */
76 void data_flow_scalar_replacement_opt(ir_graph *irg);
77
78 /**
79  * A callback that checks whether a entity is an allocation
80  * routine.
81  */
82 typedef int (*check_alloc_entity_func)(ir_entity *ent);
83
84 /**
85  * Do simple and fast escape analysis for one graph.
86  *
87  * @param irg       the graph
88  * @param callback  a callback function to check whether a
89  *                  given entity is a allocation call
90  */
91 void escape_enalysis_irg(ir_graph *irg, check_alloc_entity_func callback);
92
93 /**
94  * Do simple and fast escape analysis for all graphs.
95  *
96  * This optimization implements a simple and fast but inexact
97  * escape analysis. Some addresses might be marked as 'escaped' even
98  * if they are not.
99  * The advantage is a low memory footprint and fast speed.
100  *
101  * @param run_scalar_replace  if this flag in non-zero, scalar
102  *                            replacement optimization is run on graphs with removed
103  *                            allocation
104  * @param callback            a callback function to check whether a
105  *                            given entity is a allocation call
106  *
107  * This optimization removes allocation which are not used (rare) and replace
108  * allocation that can be proved dead at the end of the graph which stack variables.
109  *
110  * The creation of stack variable allows scalar replacement to be run only
111  * on those graphs that have been changed.
112  *
113  * This is most effective on Java where no other stack variables exists.
114  */
115 void escape_analysis(int run_scalar_replace, check_alloc_entity_func callback);
116
117 /**
118  * Optimize function calls by handling const functions.
119  *
120  * This optimization first detects all "const functions", i.e.,
121  * IR graphs that neither read nor write memory (and hence did
122  * not create exceptions, as these use memory in Firm).
123  *
124  * The result of calls to such functions depends only on its
125  * arguments, hence those calls are no more pinned.
126  *
127  * This is a rather strong criteria, so do not expect that a
128  * lot of functions will be found. Moreover, all of them might
129  * already be inlined if inlining is activated.
130  * Anyway, it might be good for handling builtin's or pseudo-graphs,
131  * even if the later read/write memory (but we know how).
132  *
133  * This optimizations read the irg_const_function property of
134  * entities and and sets the irg_const_function property of
135  * graphs.
136  *
137  * If callee information is valid, we also optimize polymorphic Calls.
138  *
139  * @param force_run  if non-zero, an optimization run is started even
140  *                   if no const function graph was detected.
141  *                   Else calls are only optimized if at least one
142  *                   const function graph was detected.
143  * @param callback   a callback function to check whether a
144  *                   given entity is a allocation call
145  *
146  * If the frontend created external entities with the irg_const_function
147  * property set, the force_run parameter should be set, else
148  * should be unset.
149  *
150  * @note This optimization destroys the link fields of nodes.
151  */
152 void optimize_funccalls(int force_run, check_alloc_entity_func callback);
153
154 /**
155  * Does Partial Redundancy Elimination combined with
156  * Global Value Numbering.
157  * Can be used to replace place_code() completely.
158  *
159  * Based on VanDrunen and Hosking 2004.
160  *
161  * @param irg  the graph
162  *
163  * @note
164  * Currently completely broken because the used sets do NOT
165  * preserve the topological sort of its elements.
166  */
167 void do_gvn_pre(ir_graph *irg);
168
169 /**
170  * This function is called to evaluate, if a mux can build
171  * of the current architecture.
172  * If it returns non-zero, a mux is created, else the code
173  * is not modified.
174  * @param sel        A selector of a Cond.
175  * @param phi_list   List of Phi nodes about to be converted (linked via link field)
176  * @param i          First data predecessor involved in if conversion
177  * @param j          Second data predecessor involved in if conversion
178  */
179 typedef int (*arch_allow_ifconv_func)(ir_node *sel, ir_node* phi_list, int i, int j);
180
181 /**
182  * The parameters structure.
183  */
184 struct ir_settings_if_conv_t {
185         int                 max_depth;       /**< The maximum depth up to which expressions
186                                                are examined when it has to be decided if they
187                                                can be placed into another block. */
188         arch_allow_ifconv_func allow_ifconv; /**< Evaluator function, if not set all possible Psi
189                                                nodes will be created. */
190 };
191
192 /**
193  * Perform If conversion on a graph.
194  *
195  * @param irg The graph.
196  * @param params The parameters for the if conversion.
197  *
198  * Cannot handle blocks with Bad control predecessors, so call it after control
199  * flow optimization.
200  */
201 void opt_if_conv(ir_graph *irg, const ir_settings_if_conv_t *params);
202
203 void opt_ldst2(ir_graph *irg);
204
205 /**
206  * Load/Store optimization.
207  *
208  * Removes redundant non-volatile Loads and Stores.
209  * May introduce Bad nodes if exceptional control flow
210  * is removed. The following cases are optimized:
211  *
212  * Load without result: A Load which has only a memory use
213  *   is removed.
214  *
215  * Load after Store: A Load after a Store is removed, if
216  *   the Load doesn't have an exception handler OR is in
217  *   the same block as the Store.
218  *
219  * Load after Load: A Load after a Load is removed, if the
220  *   Load doesn't have an exception handler OR is in the
221  *   same block as the previous Load.
222  *
223  * Store before Store: A Store immediately before another
224  *   Store in the same block is removed, if the Store doesn't
225  *   have an exception handler.
226  *
227  * Store after Load: A Store after a Load is removed, if the
228  *   Store doesn't have an exception handler.
229  */
230 void optimize_load_store(ir_graph *irg);
231
232 /**
233  * Do Loop unrolling in the given graph.
234  */
235 void optimize_loop_unrolling(ir_graph *irg);
236
237 /**
238  * Optimize the frame type of an irg by removing
239  * never touched entities.
240  *
241  * @param irg  The graph whose frame type will be optimized
242  *
243  * This function did not change the graph, only it's frame type.
244  * The layout state of the frame type will be set to layout_undefined
245  * if entities were removed.
246  */
247 void opt_frame_irg(ir_graph *irg);
248
249 /** Possible flags for the Operator Scalar Replacement. */
250 typedef enum osr_flags {
251         osr_flag_none               = 0,  /**< no additional flags */
252         osr_flag_lftr_with_ov_check = 1,  /**< do linear function test replacement
253                                                only if no overflow can occur. */
254         osr_flag_ignore_x86_shift   = 2,  /**< ignore Multiplications by 2, 4, 8 */
255         osr_flag_keep_reg_pressure  = 4   /**< do NOT increase register pressure by introducing new
256                                                induction variables. */
257 } osr_flags;
258
259 /* FirmJNI cannot handle identical enum values... */
260
261 /** default setting */
262 #define osr_flag_default osr_flag_lftr_with_ov_check
263
264 /**
265  * Do the Operator Scalar Replacement optimization and linear
266  * function test replacement for loop control.
267  * Can be switched off using the set_opt_strength_red() flag.
268  * In that case, only remove_phi_cycles() is executed.
269  *
270  * @param irg    the graph which should be optimized
271  * @param flags  set of osr_flags
272  *
273  * The linear function replacement test is controlled by the flags.
274  * If the osr_flag_lftr_with_ov_check is set, the replacement is only
275  * done if do overflow can occur.
276  * Otherwise it is ALWAYS done which might be insecure.
277  *
278  * For instance:
279  *
280  * for (i = 0; i < 100; ++i)
281  *
282  * might be replaced by
283  *
284  * for (i = 0; i < 400; i += 4)
285  *
286  * But
287  *
288  * for (i = 0; i < 0x7FFFFFFF; ++i)
289  *
290  * will not be replaced by
291  *
292  * for (i = 0; i < 0xFFFFFFFC; i += 4)
293  *
294  * because of overflow.
295  *
296  * More bad cases:
297  *
298  * for (i = 0; i <= 0xF; ++i)
299  *
300  * will NOT be transformed into
301  *
302  * for (i = 0xFFFFFFF0; i <= 0xFFFFFFFF; ++i)
303  *
304  * although here is no direct overflow. The OV occurs when the ++i
305  * is executed (and would created an endless loop here!).
306  *
307  * For the same reason, a loop
308  *
309  * for (i = 0; i <= 9; i += x)
310  *
311  * will NOT be transformed because we cannot estimate whether an overflow
312  * might happen adding x.
313  *
314  * Note that i < a + 400 is also not possible with the current implementation
315  * although this might be allowed by other compilers...
316  *
317  * Note further that tests for equality can be handled some simpler (but are not
318  * implemented yet).
319  *
320  * This algorithm destroys the link field of nodes.
321  */
322 void opt_osr(ir_graph *irg, unsigned flags);
323
324 /**
325  * Removes useless Phi cycles, i.e cycles of Phi nodes with only one
326  * non-Phi node.
327  * This is automatically done in opt_osr(), so there is no need to call it
328  * additionally.
329  *
330  * @param irg    the graph which should be optimized
331  *
332  * This algorithm destroys the link field of nodes.
333  */
334 void remove_phi_cycles(ir_graph *irg);
335
336 /** A default threshold. */
337 #define DEFAULT_CLONE_THRESHOLD 300
338
339 /**
340  * Do procedure cloning. Evaluate a heuristic weight for every
341  * Call(..., Const, ...). If the weight is bigger than threshold,
342  * clone the entity and fix the calls.
343  *
344  * @param threshold   the threshold for cloning
345  *
346  * The threshold is an estimation of how many instructions are saved
347  * when executing a cloned method. If threshold is 0.0, every possible
348  * call is cloned.
349  */
350 void proc_cloning(float threshold);
351
352 /**
353  * Reassociation.
354  *
355  * Applies Reassociation rules to integer expressions.
356  * Beware: Works only if integer overflow might be ignored, as for C, Java
357  * and for address expression.
358  * Works only if Constant folding is activated.
359  *
360  * Uses loop information to detect loop-invariant (ie contant
361  * inside the loop) values.
362  *
363  * See Muchnik 12.3.1 Algebraic Simplification and Reassociation of
364  * Addressing Expressions.
365  *
366  *
367  */
368 void optimize_reassociation(ir_graph *irg);
369
370 /**
371  * Normalize the Returns of a graph by creating a new End block
372  * with One Return(Phi).
373  * This is the preferred input for the if-conversion.
374  *
375  * In pseudocode, it means:
376  *
377  * if (a)
378  *   return b;
379  * else
380  *   return c;
381  *
382  * is transformed into
383  *
384  * if (a)
385  *   res = b;
386  * else
387  *   res = c;
388  * return res;
389  */
390 void normalize_one_return(ir_graph *irg);
391
392 /**
393  * Normalize the Returns of a graph by moving
394  * the Returns upwards as much as possible.
395  * This might be preferred for code generation.
396  *
397  * In pseudocode, it means:
398  *
399  * if (a)
400  *   res = b;
401  * else
402  *   res = c;
403  * return res;
404  *
405  * is transformed into
406  *
407  * if (a)
408  *   return b;
409  * else
410  *   return c;
411  */
412 void normalize_n_returns(ir_graph *irg);
413
414 /**
415  * Do the scalar replacement optimization.
416  * Replace local compound entities (like structures and arrays)
417  * with atomic values if possible. Does not handle classes yet.
418  *
419  * @param irg  the graph which should be optimized
420  */
421 void scalar_replacement_opt(ir_graph *irg);
422
423 /** Performs strength reduction for the passed graph. */
424 void reduce_strength(ir_graph *irg);
425
426 /**
427  * Optimizes simple tail-recursion calls by
428  * converting them into loops. Depends on the flag opt_tail_recursion.
429  *
430  * Does not work for Calls that use the exception stuff.
431  *
432  * @param irg   the graph to be optimized
433  *
434  * @return non-zero if the optimization could be applied, 0 else
435  */
436 int opt_tail_rec_irg(ir_graph *irg);
437
438 /*
439  * Optimize tail-recursion calls for all IR-Graphs.
440  * Depends on the flag opt_tail_recursion.
441  */
442 void opt_tail_recursion(void);
443
444 /** This is the type for a method, that returns a pointer type to
445  *  tp.  This is needed in the normalization. */
446 typedef ir_type *(*gen_pointer_type_to_func)(ir_type *tp);
447
448 /**  Insert Casts so that class type casts conform exactly with the type hierarchy.
449  *
450  *  Formulated in Java, this achieves the following:
451  *
452  *  For a class hierarchy
453  *    class A {}
454  *    class B extends A {}
455  *    class C extends B {}
456  *  we transforms a cast
457  *    (A)new C()
458  *  to
459  *    (A)((B)new C()).
460  *
461  *  The algorithm works for Casts with class types, but also for Casts
462  *  with all pointer types that point (over several indirections,
463  *  i.e. ***A) to a class type.  Normalizes all graphs.  Computes type
464  *  information (@see irtypeinfo.h) if not available.
465  *  Invalidates trout information as new casts are generated.
466  *
467  *  @param gppt_fct A function that returns a pointer type that points
468  *    to the type given as argument.  If this parameter is NULL, a default
469  *    function is used that either uses trout information or performs a O(n)
470  *    search to find an existing pointer type.  If it can not find a type,
471  *    generates a pointer type with mode_P_mach and suffix "cc_ptr_tp".
472  */
473 void normalize_irp_class_casts(gen_pointer_type_to_func gppt_fct);
474
475
476 /**  Insert Casts so that class type casts conform exactly with the type hierarchy
477  *   in given graph.
478  *
479  *   For more details see normalize_irp_class_casts().
480  *
481  *  This transformation requires that type information is computed. @see irtypeinfo.h.
482  */
483 void normalize_irg_class_casts(ir_graph *irg, gen_pointer_type_to_func gppt_fct);
484
485
486 /** Optimize casting between class types.
487  *
488  *    class A { m(); }
489  *    class B extends A { }
490  *    class C extends B {}
491  *  Performs the following transformations:
492  *    C c = (C)(B)(A)(B)new C()  --> C c = (C)(B)newC() --> C c = new C()
493  *    (Optimizing downcasts as A a = (A)(B)(new A()) --> A a = new A() can
494  *     be suppressed by setting the flag opt_suppress_downcast_optimization.
495  *     Downcasting A to B might cause an exception.  It is not clear
496  *     whether this is modeled by the Firm Cast node, as it has no exception
497  *     outputs.);
498  *  If there is inh_m() that overwrites m() in B:
499  *    ((A) new B()).m()  --> (new B()).inh_m()
500  *  Phi((A)x, (A)y)  --> (A) Phi (x, y)  if (A) is an upcast.
501  *
502  *  Computes type information if not available. @see irtypeinfo.h.
503  *  Typeinformation is valid after optimization.
504  *  Invalidates trout information.
505  */
506 void optimize_class_casts(void);
507
508 #endif