30924d5d24dbb20d89014c623c52b06e571a9541
[libfirm] / include / libfirm / lowering.h
1 /*
2  * Copyright (C) 1995-2011 University of Karlsruhe.  All right reserved.
3  *
4  * This file is part of libFirm.
5  *
6  * This file may be distributed and/or modified under the terms of the
7  * GNU General Public License version 2 as published by the Free Software
8  * Foundation and appearing in the file LICENSE.GPL included in the
9  * packaging of this file.
10  *
11  * Licensees holding valid libFirm Professional Edition licenses may use
12  * this file in accordance with the libFirm Commercial License.
13  * Agreement provided with the Software.
14  *
15  * This file is provided AS IS with NO WARRANTY OF ANY KIND, INCLUDING THE
16  * WARRANTY OF DESIGN, MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR
17  * PURPOSE.
18  */
19
20 /**
21  * @file
22  * @brief   Lowering of high level constructs.
23  * @author  Michael Beck
24  * @version $Id$
25  */
26 #ifndef FIRM_LOWERING_H
27 #define FIRM_LOWERING_H
28
29 #include "firm_types.h"
30
31 #include "begin.h"
32
33 /**
34  * A type telling where to add hidden parameters.
35  */
36 typedef enum add_hidden_params {
37         ADD_HIDDEN_ALWAYS_IN_FRONT = 0,   /**< always add hidden parameters in front (default). */
38         ADD_HIDDEN_ALWAYS_LAST     = 1,   /**< always add hidden parameters last, did not work for variadic functions. */
39         ADD_HIDDEN_SMART           = 2    /**< add hidden parameters last for non-variadic and first for variadic functions. */
40 } add_hidden;
41
42 /**
43  * Additional flags for the lowering.
44  */
45 enum lowering_flags {
46         LF_NONE              = 0, /**< no additional flags */
47         LF_COMPOUND_PARAM    = 1, /**< lower calls with compound parameters */
48         LF_COMPOUND_RETURN   = 2, /**< lower calls with compound returns */
49         LF_RETURN_HIDDEN     = 4, /**< return the hidden address instead of void */
50         LF_SMALL_CMP_IN_REGS = 8  /**< return small compound values in registers */
51 };
52
53 /** Maximum number of registers that can be used to return compound values. */
54 #define MAX_REGISTER_RET_VAL 2
55
56 /**
57  * A struct containing all control parameters for
58  * lower_compound_ret_calls().
59  */
60 typedef struct {
61         int        def_ptr_alignment;   /**< Default alignment for data pointer. */
62         unsigned   flags;               /**< A bitmask of enum lowering_flags. */
63         add_hidden hidden_params;       /**< Where to add hidden parameters. */
64
65         /**
66          * A function returning a pointer type for a given type.
67          * If this pointer is NULL, a new pointer type is always created.
68          */
69         ir_type *(*find_pointer_type)(ir_type *e_type, ir_mode *mode, int alignment);
70
71         /**
72          * If the LF_SMALL_CMP_IN_REGS flag is set, this function will be called
73          * to decide, whether a compound value should be returned in registers.
74          * This function must return the number of used registers and fill in the modes
75          * of the registers to use. Up to MAX_REGISTER_RET_VAL registers can be used.
76          */
77         int (*ret_compound_in_regs)(ir_type *compound_tp, ir_mode **modes);
78 } lower_params_t;
79
80 /**
81  * Lower calls with compound parameter and return types.
82  * This function does the following transformations:
83  *
84  * If LF_COMPOUND_PARAM is set:
85  *
86  * - Copy compound parameters to a new location on the callers
87  *   stack and transmit the address of this new location
88  *
89  * If LF_COMPOUND_RETURN is set:
90  *
91  * - Adds a new (hidden) pointer parameter for
92  *   any return compound type. The return type is replaced by void
93  *   or if LOWERING_FLAGS_RETURN_HIDDEN is set by the address.
94  *
95  * - Use of the hidden parameters in the function code.
96  *
97  * - Change all calls to functions with compound return
98  *   by providing space for the hidden parameter on the callers
99  *   stack.
100  *
101  * - Replace a possible block copy after the function call.
102  *
103  * General:
104  *
105  * - Changes the types of methods and calls to the lowered ones
106  *
107  * - lower all method types of existing entities
108  *
109  * In pseudo-code, the following transformation is done:
110  *
111    @code
112    struct x ret = func(a, b);
113    @endcode
114  *
115  * is translated into
116    @code
117    struct x ret;
118    func(&ret, a, b);
119    @endcode
120  *
121  * If the function returns only one possible result, the copy-on-return
122  * optimization is done, ie.
123    @code
124    struct x func(a) {
125      struct x ret;
126      ret.a = a;
127      return ret;
128    }
129    @endcode
130  *
131  * is transformed into
132  *
133    @code
134    void func(struct x *ret, a) {
135      ret->a = a;
136    }
137    @endcode
138  *
139  * @param params  A structure containing the control parameter for this
140  *                transformation.
141  *
142  * During the transformation, pointer types must be created or reused.
143  * The caller can provide params->find_pointer_type for this task to
144  * reduce the number of created pointer types.
145  * If params->find_pointer_type is NULL, new pointer types
146  * are always created automatically.
147  */
148 FIRM_API void lower_calls_with_compounds(const lower_params_t *params);
149
150 /**
151  * Lower CopyB nodes of size smaller that max_size into Loads/Stores
152  */
153 FIRM_API void lower_CopyB(ir_graph *irg, unsigned max_size,
154                           unsigned native_mode_bytes);
155
156 /**
157  * Lowers all Switches (Cond nodes with non-boolean mode) depending on spare_size.
158  * They will either remain the same or be converted into if-cascades.
159  *
160  * @param irg        The ir graph to be lowered.
161  * @param spare_size Allowed spare size for table switches in machine words.
162  *                   (Default in edgfe: 128)
163  * @param allow_out_of_bounds   backend can handle out-of-bounds values
164  *                              (values bigger than minimum and maximum proj
165  *                               number)
166  */
167 FIRM_API void lower_switch(ir_graph *irg, unsigned spare_size,
168                            int allow_out_of_bounds);
169
170 /**
171  * A callback type for creating an intrinsic entity for a given opcode.
172  *
173  * @param method   the method type of the emulation function entity
174  * @param op       the emulated ir_op
175  * @param imode    the input mode of the emulated opcode
176  * @param omode    the output mode of the emulated opcode
177  * @param context  the context parameter
178  */
179 typedef ir_entity *(create_intrinsic_fkt)(ir_type *method, const ir_op *op,
180                                           const ir_mode *imode,
181                                           const ir_mode *omode, void *context);
182
183 /**
184  * The lowering parameter description.
185  */
186 typedef struct lwrdw_param_t {
187         unsigned              little_endian : 1; /**< if true should be lowered for little endian, else big endian */
188         unsigned              doubleword_size;   /**< bitsize of the doubleword mode */
189         create_intrinsic_fkt *create_intrinsic;  /**< callback that creates the intrinsic entity */
190         void                 *ctx;               /**< context parameter for the creator function */
191 } lwrdw_param_t;
192
193 /**
194  * Lower all double word operations.
195  *
196  * @param param  parameter for lowering
197  */
198 FIRM_API void lower_dw_ops(const lwrdw_param_t *param);
199
200 /**
201  * Default implementation. Context is unused.
202  */
203 FIRM_API ir_entity *def_create_intrinsic_fkt(ir_type *method, const ir_op *op,
204                                              const ir_mode *imode,
205                                              const ir_mode *omode,
206                                              void *context);
207
208 /**
209  * Replaces SymConsts by a real constant if possible.
210  * Replace Sel nodes by address computation.  Also resolves array access.
211  * Handle bit fields by added And/Or calculations.
212  *
213  * @param irg               the graph to lower
214  * @param lower_bitfields   the graph contains old-style bitfield
215  *                          constructs
216  *
217  * @note: There is NO lowering ob objects oriented types. This is highly compiler
218  *        and ABI specific and should be placed directly in the compiler.
219  */
220 FIRM_API void lower_highlevel_graph(ir_graph *irg, int lower_bitfields);
221
222 /**
223  * Creates an ir_graph pass for lower_highlevel_graph().
224  *
225  * @param name              the name of this pass or NULL
226  * @param lower_bitfields   the graph contains old-style bitfield
227  *                          constructs
228  *
229  * @return  the newly created ir_graph pass
230  */
231 FIRM_API ir_graph_pass_t *lower_highlevel_graph_pass(const char *name,
232                                                      int lower_bitfields);
233
234 /**
235  * Replaces SymConsts by a real constant if possible.
236  * Replace Sel nodes by address computation.  Also resolves array access.
237  * Handle bit fields by added And/Or calculations.
238  * Lowers all graphs.
239  *
240  * @note There is NO lowering of objects oriented types. This is highly compiler
241  *       and ABI specific and should be placed directly in the compiler.
242  */
243 FIRM_API void lower_highlevel(int lower_bitfields);
244
245 /**
246  * does the same as lower_highlevel for all nodes on the const code irg
247  */
248 FIRM_API void lower_const_code(void);
249
250 /**
251  * Creates an ir_prog pass for lower_const_code().
252  *
253  * @param name     the name of this pass or NULL
254  *
255  * @return  the newly created ir_prog pass
256  */
257 FIRM_API ir_prog_pass_t *lower_const_code_pass(const char *name);
258
259 /**
260  * Function which creates a "set" instraction. A "set" instruction takes a
261  * condition value (a value with mode_b) as input and produces a value in a
262  * general purpose integer mode.
263  * Most architectures have special intrinsics for this. But if all else fails
264  * you can just produces the an if-like construct.
265  */
266 typedef ir_node* (*create_set_func)(ir_node *cond);
267
268 /**
269  * implementation of create_set_func which produces a Mux node with 0/1 input
270  */
271 ir_node *ir_create_mux_set(ir_node *cond, ir_mode *dest_mode);
272
273 /**
274  * implementation of create_set_func which produces a cond with control
275  * flow
276  */
277 ir_node *ir_create_cond_set(ir_node *cond, ir_mode *dest_mode);
278
279 typedef struct lower_mode_b_config_t {
280         /* mode that is used to transport 0/1 values */
281         ir_mode *lowered_mode;
282         /* callback for creating set-like instructions */
283         create_set_func create_set;
284         /* whether direct Cond(Cmp) should also be lowered */
285         int lower_direct_cmp;
286 } lower_mode_b_config_t;
287
288 /**
289  * Lowers mode_b operations to integer arithmetic. After the lowering the only
290  * operations with mode_b are the Projs of Cmps; the only nodes with mode_b
291  * inputs are Cond and Psi nodes.
292  *
293  * Example: Psi(a < 0, 1, 0) => a >> 31
294  *
295  * @param irg      the firm graph to lower
296  * @param config   configuration for mode_b lowerer
297  */
298 FIRM_API void ir_lower_mode_b(ir_graph *irg,
299                               const lower_mode_b_config_t *config);
300
301 /**
302  * Used as callback, whenever a lowerable mux is found. The return value
303  * indicates, whether the mux should be lowered. This may be used, to lower
304  * floating point muxes, while keeping mux nodes for integers, for example.
305  *
306  * @param mux  The mux node that may be lowered.
307  * @return     A non-zero value indicates that the mux should be lowered.
308  */
309 typedef int lower_mux_callback(ir_node* mux);
310
311 /**
312  * Lowers all mux nodes in the given graph. A callback function may be
313  * given, to select the mux nodes to lower.
314  *
315  * @param irg      The graph to lower mux nodes in.
316  * @param cb_func  The callback function for mux selection. Can be NULL,
317  *                 to lower all mux nodes.
318  */
319 FIRM_API void lower_mux(ir_graph *irg, lower_mux_callback *cb_func);
320
321 /**
322  * Creates an ir_graph pass for lower_mux().
323  *
324  * @param name     the name of this pass or NULL
325  * @param cb_func  The callback function for mux selection. Can be NULL,
326  *                 to lower all mux nodes.
327  *
328  * @return  the newly created ir_graph pass
329  */
330 FIRM_API ir_graph_pass_t *lower_mux_pass(const char *name,
331                                          lower_mux_callback *cb_func);
332
333 /**
334  * An intrinsic mapper function.
335  *
336  * @param node   the IR-node that will be mapped
337  * @param ctx    a context
338  *
339  * @return  non-zero if the call was mapped
340  */
341 typedef int (*i_mapper_func)(ir_node *node, void *ctx);
342
343 enum ikind {
344         INTRINSIC_CALL  = 0,  /**< the record represents an intrinsic call */
345         INTRINSIC_INSTR       /**< the record represents an intrinsic instruction */
346 };
347
348 /**
349  * An intrinsic call record.
350  */
351 typedef struct i_call_record {
352         enum ikind    kind;       /**< must be INTRINSIC_CALL */
353         ir_entity     *i_ent;     /**< the entity representing an intrinsic call */
354         i_mapper_func i_mapper;   /**< the mapper function to call */
355         void          *ctx;       /**< mapper context */
356         void          *link;      /**< used in the construction algorithm, must be NULL */
357 } i_call_record;
358
359 /**
360  * An intrinsic instruction record.
361  */
362 typedef struct i_instr_record {
363         enum ikind    kind;       /**< must be INTRINSIC_INSTR */
364         ir_op         *op;        /**< the opcode that must be mapped. */
365         i_mapper_func i_mapper;   /**< the mapper function to call */
366         void          *ctx;       /**< mapper context */
367         void          *link;      /**< used in the construction algorithm, must be NULL */
368 } i_instr_record;
369
370 /**
371  * An intrinsic record.
372  */
373 typedef union i_record {
374         i_call_record  i_call;
375         i_instr_record i_instr;
376 } i_record;
377
378 /**
379  * Go through all graphs and map calls to intrinsic functions and instructions.
380  *
381  * Every call or instruction is reported to its mapper function,
382  * which is responsible for rebuilding the graph.
383  *
384  * current_ir_graph is always set.
385  *
386  * @param list             an array of intrinsic map records
387  * @param length           the length of the array
388  * @param part_block_used  set to true if part_block() must be using during lowering
389  *
390  * @return number of found intrinsics.
391  */
392 FIRM_API size_t lower_intrinsics(i_record *list, size_t length,
393                                    int part_block_used);
394
395 /**
396  * Creates an irprog pass for lower_intrinsics.
397  *
398  * @param name             the name of this pass or NULL
399  * @param list             an array of intrinsic map records
400  * @param length           the length of the array
401  * @param part_block_used  set to true if part_block() must be using during lowering
402  */
403 FIRM_API ir_prog_pass_t *lower_intrinsics_pass(const char *name, i_record *list,
404                                                size_t length, int part_block_used);
405
406 /**
407  * A mapper for the integer/float absolute value: type abs(type v).
408  * Replaces the call by a Abs node.
409  *
410  * @return always 1
411  */
412 FIRM_API int i_mapper_abs(ir_node *call, void *ctx);
413
414 /**
415  * A mapper for the integer byte swap value: type bswap(type v).
416  * Replaces the call by a builtin[ir_bk_bswap] node.
417  *
418  * @return always 1
419  */
420 FIRM_API int i_mapper_bswap(ir_node *call, void *ctx);
421
422 /**
423  * A mapper for the floating point sqrt(v): floattype sqrt(floattype v);
424  *
425  * @return 1 if the sqrt call was removed, 0 else.
426  */
427 FIRM_API int i_mapper_sqrt(ir_node *call, void *ctx);
428
429 /**
430  * A mapper for the floating point cbrt(v): floattype sqrt(floattype v);
431  *
432  * @return 1 if the cbrt call was removed, 0 else.
433  */
434 FIRM_API int i_mapper_cbrt(ir_node *call, void *ctx);
435
436 /**
437  * A mapper for the floating point pow(a, b): floattype pow(floattype a, floattype b);
438  *
439  * @return 1 if the pow call was removed, 0 else.
440  */
441 FIRM_API int i_mapper_pow(ir_node *call, void *ctx);
442
443 /**
444  * A mapper for the floating point exp(a): floattype exp(floattype a);
445  *
446  * @return 1 if the exp call was removed, 0 else.
447  */
448 FIRM_API int i_mapper_exp(ir_node *call, void *ctx);
449
450 #define i_mapper_exp2   i_mapper_exp
451 #define i_mapper_exp10  i_mapper_exp
452
453 /**
454  * A mapper for the floating point log(a): floattype log(floattype a);
455  *
456  * @return 1 if the log call was removed, 0 else.
457  */
458 FIRM_API int i_mapper_log(ir_node *call, void *ctx);
459
460 #define i_mapper_log2   i_mapper_log
461 #define i_mapper_log10  i_mapper_log
462
463 /**
464  * A mapper for the floating point sin(a): floattype sin(floattype a);
465  *
466  * @return 1 if the sin call was removed, 0 else.
467  */
468 FIRM_API int i_mapper_sin(ir_node *call, void *ctx);
469
470 /**
471  * A mapper for the floating point sin(a): floattype cos(floattype a);
472  *
473  * @return 1 if the cos call was removed, 0 else.
474  */
475 FIRM_API int i_mapper_cos(ir_node *call, void *ctx);
476
477 /**
478  * A mapper for the floating point tan(a): floattype tan(floattype a);
479  *
480  * @return 1 if the tan call was removed, 0 else.
481  */
482 FIRM_API int i_mapper_tan(ir_node *call, void *ctx);
483
484 /**
485  * A mapper for the floating point asin(a): floattype asin(floattype a);
486  *
487  * @return 1 if the asin call was removed, 0 else.
488  */
489 FIRM_API int i_mapper_asin(ir_node *call, void *ctx);
490
491 /**
492  * A mapper for the floating point acos(a): floattype acos(floattype a);
493  *
494  * @return 1 if the tan call was removed, 0 else.
495  */
496 FIRM_API int i_mapper_acos(ir_node *call, void *ctx);
497
498 /**
499  * A mapper for the floating point atan(a): floattype atan(floattype a);
500  *
501  * @return 1 if the atan call was removed, 0 else.
502  */
503 FIRM_API int i_mapper_atan(ir_node *call, void *ctx);
504
505 /**
506  * A mapper for the floating point sinh(a): floattype sinh(floattype a);
507  *
508  * @return 1 if the sinh call was removed, 0 else.
509  */
510 FIRM_API int i_mapper_sinh(ir_node *call, void *ctx);
511
512 /**
513  * A mapper for the floating point cosh(a): floattype cosh(floattype a);
514  *
515  * @return 1 if the cosh call was removed, 0 else.
516  */
517 FIRM_API int i_mapper_cosh(ir_node *call, void *ctx);
518
519 /**
520  * A mapper for the floating point tanh(a): floattype tanh(floattype a);
521  *
522  * @return 1 if the tanh call was removed, 0 else.
523  */
524 FIRM_API int i_mapper_tanh(ir_node *call, void *ctx);
525
526 /**
527  * A mapper for the strcmp-Function: inttype strcmp(char pointer a, char pointer b);
528  *
529  * @return 1 if the strcmp call was removed, 0 else.
530  */
531 FIRM_API int i_mapper_strcmp(ir_node *call, void *ctx);
532
533 /**
534  * A mapper for the strncmp-Function: inttype strncmp(char pointer a, char pointer b, inttype len);
535  *
536  * @return 1 if the strncmp call was removed, 0 else.
537  */
538 FIRM_API int i_mapper_strncmp(ir_node *call, void *ctx);
539
540 /**
541  * A mapper for the strcpy-Function: char pointer strcpy(char pointer a, char pointer b);
542  *
543  * @return 1 if the strcpy call was removed, 0 else.
544  */
545 FIRM_API int i_mapper_strcpy(ir_node *call, void *ctx);
546
547 /**
548  * A mapper for the strlen-Function: inttype strlen(char pointer a);
549  *
550  * @return 1 if the strlen call was removed, 0 else.
551  */
552 FIRM_API int i_mapper_strlen(ir_node *call, void *ctx);
553
554 /**
555  * A mapper for the memcpy-Function: void pointer memcpy(void pointer d, void pointer s, inttype c);
556  *
557  * @return 1 if the memcpy call was removed, 0 else.
558  */
559 FIRM_API int i_mapper_memcpy(ir_node *call, void *ctx);
560
561 /**
562  * A mapper for the mempcpy-Function: void pointer mempcpy(void pointer d, void pointer s, inttype c);
563  *
564  * @return 1 if the mempcpy call was removed, 0 else.
565  */
566 FIRM_API int i_mapper_mempcpy(ir_node *call, void *ctx);
567
568 /**
569  * A mapper for the memmove-Function: void pointer memmove(void pointer d, void pointer s, inttype c);
570  *
571  * @return 1 if the memmove call was removed, 0 else.
572  */
573 FIRM_API int i_mapper_memmove(ir_node *call, void *ctx);
574
575 /**
576  * A mapper for the memset-Function: void pointer memset(void pointer d, inttype C, inttype len);
577  *
578  * @return 1 if the memset call was removed, 0 else.
579  */
580 FIRM_API int i_mapper_memset(ir_node *call, void *ctx);
581
582 /**
583  * A mapper for the strncmp-Function: inttype memcmp(void pointer a, void pointer b, inttype len);
584  *
585  * @return 1 if the strncmp call was removed, 0 else.
586  */
587 FIRM_API int i_mapper_memcmp(ir_node *call, void *ctx);
588
589 /**
590  * A mapper for the alloca() function: pointer alloca(inttype size)
591  * Replaces the call by a Alloca(stack_alloc) node.
592  *
593  * @return always 1
594  */
595 FIRM_API int i_mapper_alloca(ir_node *call, void *ctx);
596
597 /**
598  * A runtime routine description.
599  */
600 typedef struct runtime_rt {
601         ir_entity *ent;            /**< The entity representing the runtime routine. */
602         ir_mode   *mode;           /**< The operation mode of the mapped instruction. */
603         ir_mode   *res_mode;       /**< The result mode of the mapped instruction or NULL. */
604         long      mem_proj_nr;     /**< if >= 0, create a memory ProjM() */
605         long      regular_proj_nr; /**< if >= 0, create a regular ProjX() */
606         long      exc_proj_nr;     /**< if >= 0, create a exception ProjX() */
607         long      exc_mem_proj_nr; /**< if >= 0, create a exception memory ProjM() */
608         long      res_proj_nr;     /**< if >= 0, first result projection number */
609 } runtime_rt;
610
611 /**
612  * A mapper for mapping unsupported instructions to runtime calls.
613  * Maps a op(arg_0, ..., arg_n) into a call to a runtime function
614  * rt(arg_0, ..., arg_n).
615  *
616  * The mapping is only done, if the modes of all arguments matches the
617  * modes of rt's argument.
618  * Further, if op has a memory input, the generated Call uses it, else
619  * it gets a NoMem.
620  * The pinned state of the Call will be set to the pinned state of op.
621  *
622  * Note that i_mapper_RuntimeCall() must be used with a i_instr_record.
623  *
624  * @return 1 if an op was mapped, 0 else
625  *
626  * Some examples:
627  *
628  * - Maps signed Div nodes to calls to rt_Div():
629    @code
630   runtime_rt rt_Div = {
631     ent("int rt_Div(int, int)"),
632     mode_T,
633     mode_Is,
634     pn_Div_M,
635     pn_Div_X_regular,
636     pn_Div_X_except,
637     pn_Div_M,
638     pn_Div_res
639   };
640   i_instr_record map_Div = {
641     INTRINSIC_INSTR,
642     op_Div,
643     i_mapper_RuntimeCall,
644     &rt_Div,
645     NULL
646   };
647   @endcode
648  *
649  * - Maps ConvD(F) to calls to rt_Float2Div():
650   @code
651   runtime_rt rt_Float2Double = {
652     ent("double rt_Float2Div(float)"),
653     get_type_mode("double"),
654     NULL,
655     -1,
656     -1,
657     -1,
658     -1,
659     -1
660   };
661   i_instr_record map_Float2Double = {
662     INTRINSIC_INSTR,
663     op_Conv,
664     i_mapper_RuntimeCall,
665     &rt_Float2Double,
666     NULL
667   };
668   @endcode
669  */
670 FIRM_API int i_mapper_RuntimeCall(ir_node *node, runtime_rt *rt);
671
672 #include "end.h"
673
674 #endif