Rename -fluffig to -fsync, perform opt_sync() (formerly opt_ldst2()) last to not...
[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 void do_gvn_pre(ir_graph *irg);
164
165 /**
166  * This function is called to evaluate, if a mux can build
167  * of the current architecture.
168  * If it returns non-zero, a mux is created, else the code
169  * is not modified.
170  * @param sel        A selector of a Cond.
171  * @param phi_list   List of Phi nodes about to be converted (linked via get_Phi_next() field)
172  * @param i          First data predecessor involved in if conversion
173  * @param j          Second data predecessor involved in if conversion
174  */
175 typedef int (*arch_allow_ifconv_func)(ir_node *sel, ir_node* phi_list, int i, int j);
176
177 /**
178  * The parameters structure.
179  */
180 struct ir_settings_if_conv_t {
181         int                 max_depth;       /**< The maximum depth up to which expressions
182                                                are examined when it has to be decided if they
183                                                can be placed into another block. */
184         arch_allow_ifconv_func allow_ifconv; /**< Evaluator function, if not set all possible Psi
185                                                nodes will be created. */
186 };
187
188 /**
189  * Perform If conversion on a graph.
190  *
191  * @param irg The graph.
192  * @param params The parameters for the if conversion.
193  *
194  * Cannot handle blocks with Bad control predecessors, so call it after control
195  * flow optimization.
196  */
197 void opt_if_conv(ir_graph *irg, const ir_settings_if_conv_t *params);
198
199 void opt_sync(ir_graph *irg);
200
201 /**
202  * Load/Store optimization.
203  *
204  * Removes redundant non-volatile Loads and Stores.
205  * May introduce Bad nodes if exceptional control flow
206  * is removed. The following cases are optimized:
207  *
208  * Load without result: A Load which has only a memory use
209  *   is removed.
210  *
211  * Load after Store: A Load after a Store is removed, if
212  *   the Load doesn't have an exception handler OR is in
213  *   the same block as the Store.
214  *
215  * Load after Load: A Load after a Load is removed, if the
216  *   Load doesn't have an exception handler OR is in the
217  *   same block as the previous Load.
218  *
219  * Store before Store: A Store immediately before another
220  *   Store in the same block is removed, if the Store doesn't
221  *   have an exception handler.
222  *
223  * Store after Load: A Store after a Load is removed, if the
224  *   Store doesn't have an exception handler.
225  */
226 void optimize_load_store(ir_graph *irg);
227
228 /**
229  * Do Loop unrolling in the given graph.
230  */
231 void optimize_loop_unrolling(ir_graph *irg);
232
233 /**
234  * Optimize the frame type of an irg by removing
235  * never touched entities.
236  *
237  * @param irg  The graph whose frame type will be optimized
238  *
239  * This function did not change the graph, only it's frame type.
240  * The layout state of the frame type will be set to layout_undefined
241  * if entities were removed.
242  */
243 void opt_frame_irg(ir_graph *irg);
244
245 /** Possible flags for the Operator Scalar Replacement. */
246 typedef enum osr_flags {
247         osr_flag_none               = 0,  /**< no additional flags */
248         osr_flag_lftr_with_ov_check = 1,  /**< do linear function test replacement
249                                                only if no overflow can occur. */
250         osr_flag_ignore_x86_shift   = 2,  /**< ignore Multiplications by 2, 4, 8 */
251         osr_flag_keep_reg_pressure  = 4   /**< do NOT increase register pressure by introducing new
252                                                induction variables. */
253 } osr_flags;
254
255 /* FirmJNI cannot handle identical enum values... */
256
257 /** default setting */
258 #define osr_flag_default osr_flag_lftr_with_ov_check
259
260 /**
261  * Do the Operator Scalar Replacement optimization and linear
262  * function test replacement for loop control.
263  * Can be switched off using the set_opt_strength_red() flag.
264  * In that case, only remove_phi_cycles() is executed.
265  *
266  * @param irg    the graph which should be optimized
267  * @param flags  set of osr_flags
268  *
269  * The linear function replacement test is controlled by the flags.
270  * If the osr_flag_lftr_with_ov_check is set, the replacement is only
271  * done if do overflow can occur.
272  * Otherwise it is ALWAYS done which might be insecure.
273  *
274  * For instance:
275  *
276  * for (i = 0; i < 100; ++i)
277  *
278  * might be replaced by
279  *
280  * for (i = 0; i < 400; i += 4)
281  *
282  * But
283  *
284  * for (i = 0; i < 0x7FFFFFFF; ++i)
285  *
286  * will not be replaced by
287  *
288  * for (i = 0; i < 0xFFFFFFFC; i += 4)
289  *
290  * because of overflow.
291  *
292  * More bad cases:
293  *
294  * for (i = 0; i <= 0xF; ++i)
295  *
296  * will NOT be transformed into
297  *
298  * for (i = 0xFFFFFFF0; i <= 0xFFFFFFFF; ++i)
299  *
300  * although here is no direct overflow. The OV occurs when the ++i
301  * is executed (and would created an endless loop here!).
302  *
303  * For the same reason, a loop
304  *
305  * for (i = 0; i <= 9; i += x)
306  *
307  * will NOT be transformed because we cannot estimate whether an overflow
308  * might happen adding x.
309  *
310  * Note that i < a + 400 is also not possible with the current implementation
311  * although this might be allowed by other compilers...
312  *
313  * Note further that tests for equality can be handled some simpler (but are not
314  * implemented yet).
315  *
316  * This algorithm destroys the link field of nodes.
317  */
318 void opt_osr(ir_graph *irg, unsigned flags);
319
320 /**
321  * Removes useless Phi cycles, i.e cycles of Phi nodes with only one
322  * non-Phi node.
323  * This is automatically done in opt_osr(), so there is no need to call it
324  * additionally.
325  *
326  * @param irg    the graph which should be optimized
327  *
328  * This algorithm destroys the link field of nodes.
329  */
330 void remove_phi_cycles(ir_graph *irg);
331
332 /** A default threshold. */
333 #define DEFAULT_CLONE_THRESHOLD 300
334
335 /**
336  * Do procedure cloning. Evaluate a heuristic weight for every
337  * Call(..., Const, ...). If the weight is bigger than threshold,
338  * clone the entity and fix the calls.
339  *
340  * @param threshold   the threshold for cloning
341  *
342  * The threshold is an estimation of how many instructions are saved
343  * when executing a cloned method. If threshold is 0.0, every possible
344  * call is cloned.
345  */
346 void proc_cloning(float threshold);
347
348 /**
349  * Reassociation.
350  *
351  * Applies Reassociation rules to integer expressions.
352  * Beware: Works only if integer overflow might be ignored, as for C, Java
353  * and for address expression.
354  * Works only if Constant folding is activated.
355  *
356  * Uses loop information to detect loop-invariant (ie contant
357  * inside the loop) values.
358  *
359  * See Muchnik 12.3.1 Algebraic Simplification and Reassociation of
360  * Addressing Expressions.
361  *
362  *
363  */
364 void optimize_reassociation(ir_graph *irg);
365
366 /**
367  * Normalize the Returns of a graph by creating a new End block
368  * with One Return(Phi).
369  * This is the preferred input for the if-conversion.
370  *
371  * In pseudocode, it means:
372  *
373  * if (a)
374  *   return b;
375  * else
376  *   return c;
377  *
378  * is transformed into
379  *
380  * if (a)
381  *   res = b;
382  * else
383  *   res = c;
384  * return res;
385  */
386 void normalize_one_return(ir_graph *irg);
387
388 /**
389  * Normalize the Returns of a graph by moving
390  * the Returns upwards as much as possible.
391  * This might be preferred for code generation.
392  *
393  * In pseudocode, it means:
394  *
395  * if (a)
396  *   res = b;
397  * else
398  *   res = c;
399  * return res;
400  *
401  * is transformed into
402  *
403  * if (a)
404  *   return b;
405  * else
406  *   return c;
407  */
408 void normalize_n_returns(ir_graph *irg);
409
410 /**
411  * Do the scalar replacement optimization.
412  * Replace local compound entities (like structures and arrays)
413  * with atomic values if possible. Does not handle classes yet.
414  *
415  * @param irg  the graph which should be optimized
416  *
417  * @return non-zero, if at least one entity was replaced
418  */
419 int scalar_replacement_opt(ir_graph *irg);
420
421 /** Performs strength reduction for the passed graph. */
422 void reduce_strength(ir_graph *irg);
423
424 /**
425  * Optimizes tail-recursion calls by converting them into loops.
426  * Depends on the flag opt_tail_recursion.
427  * Currently supports the following forms:
428  *  - return func();
429  *  - return x + func();
430  *  - return func() - x;
431  *  - return x * func();
432  *  - return -func();
433  *
434  * Does not work for Calls that use the exception stuff.
435  *
436  * @param irg   the graph to be optimized
437  *
438  * @return non-zero if the optimization could be applied, 0 else
439  */
440 int opt_tail_rec_irg(ir_graph *irg);
441
442 /**
443  * Optimize tail-recursion calls for all IR-Graphs.
444  * Can currently handle:
445  * - direct return value, i.e. return func().
446  * - additive return value, i.e. return x +/- func()
447  * - multiplicative return value, i.e. return x * func() or return -func()
448  *
449  * The current implementation must be run before optimize_funccalls(),
450  * because it expects the memory edges pointing to calls, which might be
451  * removed by optimize_funccalls().
452  */
453 void opt_tail_recursion(void);
454
455 /** This is the type for a method, that returns a pointer type to
456  *  tp.  This is needed in the normalization. */
457 typedef ir_type *(*gen_pointer_type_to_func)(ir_type *tp);
458
459 /**  Insert Casts so that class type casts conform exactly with the type hierarchy.
460  *
461  *  Formulated in Java, this achieves the following:
462  *
463  *  For a class hierarchy
464  *    class A {}
465  *    class B extends A {}
466  *    class C extends B {}
467  *  we transforms a cast
468  *    (A)new C()
469  *  to
470  *    (A)((B)new C()).
471  *
472  *  The algorithm works for Casts with class types, but also for Casts
473  *  with all pointer types that point (over several indirections,
474  *  i.e. ***A) to a class type.  Normalizes all graphs.  Computes type
475  *  information (@see irtypeinfo.h) if not available.
476  *  Invalidates trout information as new casts are generated.
477  *
478  *  @param gppt_fct A function that returns a pointer type that points
479  *    to the type given as argument.  If this parameter is NULL, a default
480  *    function is used that either uses trout information or performs a O(n)
481  *    search to find an existing pointer type.  If it can not find a type,
482  *    generates a pointer type with mode_P_mach and suffix "cc_ptr_tp".
483  */
484 void normalize_irp_class_casts(gen_pointer_type_to_func gppt_fct);
485
486
487 /**  Insert Casts so that class type casts conform exactly with the type hierarchy
488  *   in given graph.
489  *
490  *   For more details see normalize_irp_class_casts().
491  *
492  *  This transformation requires that type information is computed. @see irtypeinfo.h.
493  */
494 void normalize_irg_class_casts(ir_graph *irg, gen_pointer_type_to_func gppt_fct);
495
496
497 /** Optimize casting between class types.
498  *
499  *    class A { m(); }
500  *    class B extends A { }
501  *    class C extends B {}
502  *  Performs the following transformations:
503  *    C c = (C)(B)(A)(B)new C()  --> C c = (C)(B)newC() --> C c = new C()
504  *    (Optimizing downcasts as A a = (A)(B)(new A()) --> A a = new A() can
505  *     be suppressed by setting the flag opt_suppress_downcast_optimization.
506  *     Downcasting A to B might cause an exception.  It is not clear
507  *     whether this is modeled by the Firm Cast node, as it has no exception
508  *     outputs.);
509  *  If there is inh_m() that overwrites m() in B:
510  *    ((A) new B()).m()  --> (new B()).inh_m()
511  *  Phi((A)x, (A)y)  --> (A) Phi (x, y)  if (A) is an upcast.
512  *
513  *  Computes type information if not available. @see irtypeinfo.h.
514  *  Typeinformation is valid after optimization.
515  *  Invalidates trout information.
516  */
517 void optimize_class_casts(void);
518
519 /**
520  * CLiff Click's combo algorithm from "Combining Analyses, combining Optimizations".
521  *
522  * Does conditional constant propagation, unreachable code elimination and optimistic
523  * global value numbering at once.
524  *
525  * @param irg  the graph to run on
526  */
527 void combo(ir_graph *irg);
528
529 #endif