9dbb473accd7aa8fb9beb0852ca0107f4cce661a
[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 <stddef.h>
30
31 #include "firm_types.h"
32
33 #include "begin.h"
34
35 /**
36  * A type telling where to add hidden parameters.
37  */
38 typedef enum add_hidden_params {
39         ADD_HIDDEN_ALWAYS_IN_FRONT = 0,   /**< always add hidden parameters in front (default). */
40         ADD_HIDDEN_ALWAYS_LAST     = 1,   /**< always add hidden parameters last, did not work for variadic functions. */
41         ADD_HIDDEN_SMART           = 2    /**< add hidden parameters last for non-variadic and first for variadic functions. */
42 } add_hidden;
43
44 /**
45  * Additional flags for the lowering.
46  */
47 enum lowering_flags {
48         LF_NONE              = 0, /**< no additional flags */
49         LF_COMPOUND_PARAM    = 1, /**< lower calls with compound parameters */
50         LF_COMPOUND_RETURN   = 2, /**< lower calls with compound returns */
51         LF_RETURN_HIDDEN     = 4, /**< return the hidden address instead of void */
52         LF_SMALL_CMP_IN_REGS = 8  /**< return small compound values in registers */
53 };
54
55 /** Maximum number of registers that can be used to return compound values. */
56 #define MAX_REGISTER_RET_VAL 2
57
58 /**
59  * A struct containing all control parameters for
60  * lower_compound_ret_calls().
61  */
62 typedef struct {
63         int        def_ptr_alignment;   /**< Default alignment for data pointer. */
64         unsigned   flags;               /**< A bitmask of enum lowering_flags. */
65         add_hidden hidden_params;       /**< Where to add hidden parameters. */
66
67         /**
68          * A function returning a pointer type for a given type.
69          * If this pointer is NULL, a new pointer type is always created.
70          */
71         ir_type *(*find_pointer_type)(ir_type *e_type, ir_mode *mode, int alignment);
72
73         /**
74          * If the LF_SMALL_CMP_IN_REGS flag is set, this function will be called
75          * to decide, whether a compound value should be returned in registers.
76          * This function must return the number of used registers and fill in the modes
77          * of the registers to use. Up to MAX_REGISTER_RET_VAL registers can be used.
78          */
79         int (*ret_compound_in_regs)(ir_type *compound_tp, ir_mode **modes);
80 } lower_params_t;
81
82 /**
83  * Lower calls with compound parameter and return types.
84  * This function does the following transformations:
85  *
86  * If LF_COMPOUND_PARAM is set:
87  *
88  * - Copy compound parameters to a new location on the callers
89  *   stack and transmit the address of this new location
90  *
91  * If LF_COMPOUND_RETURN is set:
92  *
93  * - Adds a new (hidden) pointer parameter for
94  *   any return compound type. The return type is replaced by void
95  *   or if LOWERING_FLAGS_RETURN_HIDDEN is set by the address.
96  *
97  * - Use of the hidden parameters in the function code.
98  *
99  * - Change all calls to functions with compound return
100  *   by providing space for the hidden parameter on the callers
101  *   stack.
102  *
103  * - Replace a possible block copy after the function call.
104  *
105  * General:
106  *
107  * - Changes the types of methods and calls to the lowered ones
108  *
109  * - lower all method types of existing entities
110  *
111  * In pseudo-code, the following transformation is done:
112  *
113    @code
114    struct x ret = func(a, b);
115    @endcode
116  *
117  * is translated into
118    @code
119    struct x ret;
120    func(&ret, a, b);
121    @endcode
122  *
123  * If the function returns only one possible result, the copy-on-return
124  * optimization is done, ie.
125    @code
126    struct x func(a) {
127      struct x ret;
128      ret.a = a;
129      return ret;
130    }
131    @endcode
132  *
133  * is transformed into
134  *
135    @code
136    void func(struct x *ret, a) {
137      ret->a = a;
138    }
139    @endcode
140  *
141  * @param params  A structure containing the control parameter for this
142  *                transformation.
143  *
144  * During the transformation, pointer types must be created or reused.
145  * The caller can provide params->find_pointer_type for this task to
146  * reduce the number of created pointer types.
147  * If params->find_pointer_type is NULL, new pointer types
148  * are always created automatically.
149  */
150 FIRM_API void lower_calls_with_compounds(const lower_params_t *params);
151
152 /**
153  * Lower CopyB nodes of size smaller that max_size into Loads/Stores
154  */
155 FIRM_API void lower_CopyB(ir_graph *irg, unsigned max_size,
156                           unsigned native_mode_bytes);
157
158 /**
159  * Lowers all Switches (Cond nodes with non-boolean mode) depending on spare_size.
160  * They will either remain the same or be converted into if-cascades.
161  *
162  * @param irg        The ir graph to be lowered.
163  * @param small_switch  If switch has <= cases then change it to an if-cascade.
164  * @param spare_size Allowed spare size for table switches in machine words.
165  *                   (Default in edgfe: 128)
166  * @param allow_out_of_bounds   backend can handle out-of-bounds values
167  *                              (values bigger than minimum and maximum proj
168  *                               number)
169  */
170 FIRM_API void lower_switch(ir_graph *irg, unsigned small_switch,
171                            unsigned spare_size, int allow_out_of_bounds);
172
173 /**
174  * Replaces SymConsts by a real constant if possible.
175  * Replace Sel nodes by address computation.  Also resolves array access.
176  * Handle bit fields by added And/Or calculations.
177  *
178  * @param irg               the graph to lower
179  * @param lower_bitfields   the graph contains old-style bitfield
180  *                          constructs
181  *
182  * @note: There is NO lowering ob objects oriented types. This is highly compiler
183  *        and ABI specific and should be placed directly in the compiler.
184  */
185 FIRM_API void lower_highlevel_graph(ir_graph *irg, int lower_bitfields);
186
187 /**
188  * Creates an ir_graph pass for lower_highlevel_graph().
189  *
190  * @param name              the name of this pass or NULL
191  * @param lower_bitfields   the graph contains old-style bitfield
192  *                          constructs
193  *
194  * @return  the newly created ir_graph pass
195  */
196 FIRM_API ir_graph_pass_t *lower_highlevel_graph_pass(const char *name,
197                                                      int lower_bitfields);
198
199 /**
200  * Replaces SymConsts by a real constant if possible.
201  * Replace Sel nodes by address computation.  Also resolves array access.
202  * Handle bit fields by added And/Or calculations.
203  * Lowers all graphs.
204  *
205  * @note There is NO lowering of objects oriented types. This is highly compiler
206  *       and ABI specific and should be placed directly in the compiler.
207  */
208 FIRM_API void lower_highlevel(int lower_bitfields);
209
210 /**
211  * does the same as lower_highlevel for all nodes on the const code irg
212  */
213 FIRM_API void lower_const_code(void);
214
215 /**
216  * Creates an ir_prog pass for lower_const_code().
217  *
218  * @param name     the name of this pass or NULL
219  *
220  * @return  the newly created ir_prog pass
221  */
222 FIRM_API ir_prog_pass_t *lower_const_code_pass(const char *name);
223
224 /**
225  * Function which creates a "set" instraction. A "set" instruction takes a
226  * condition value (a value with mode_b) as input and produces a value in a
227  * general purpose integer mode.
228  * Most architectures have special intrinsics for this. But if all else fails
229  * you can just produces the an if-like construct.
230  */
231 typedef ir_node* (*create_set_func)(ir_node *cond);
232
233 /**
234  * implementation of create_set_func which produces a Mux node with 0/1 input
235  */
236 ir_node *ir_create_mux_set(ir_node *cond, ir_mode *dest_mode);
237
238 /**
239  * implementation of create_set_func which produces a cond with control
240  * flow
241  */
242 ir_node *ir_create_cond_set(ir_node *cond, ir_mode *dest_mode);
243
244 typedef struct lower_mode_b_config_t {
245         /* mode that is used to transport 0/1 values */
246         ir_mode *lowered_mode;
247         /* callback for creating set-like instructions */
248         create_set_func create_set;
249         /* whether direct Cond(Cmp) should also be lowered */
250         int lower_direct_cmp;
251 } lower_mode_b_config_t;
252
253 /**
254  * Lowers mode_b operations to integer arithmetic. After the lowering the only
255  * operations with mode_b are the Projs of Cmps; the only nodes with mode_b
256  * inputs are Cond and Psi nodes.
257  *
258  * Example: Psi(a < 0, 1, 0) => a >> 31
259  *
260  * @param irg      the firm graph to lower
261  * @param config   configuration for mode_b lowerer
262  */
263 FIRM_API void ir_lower_mode_b(ir_graph *irg,
264                               const lower_mode_b_config_t *config);
265
266 /**
267  * Used as callback, whenever a lowerable mux is found. The return value
268  * indicates, whether the mux should be lowered. This may be used, to lower
269  * floating point muxes, while keeping mux nodes for integers, for example.
270  *
271  * @param mux  The mux node that may be lowered.
272  * @return     A non-zero value indicates that the mux should be lowered.
273  */
274 typedef int lower_mux_callback(ir_node* mux);
275
276 /**
277  * Lowers all mux nodes in the given graph. A callback function may be
278  * given, to select the mux nodes to lower.
279  *
280  * @param irg      The graph to lower mux nodes in.
281  * @param cb_func  The callback function for mux selection. Can be NULL,
282  *                 to lower all mux nodes.
283  */
284 FIRM_API void lower_mux(ir_graph *irg, lower_mux_callback *cb_func);
285
286 /**
287  * Creates an ir_graph pass for lower_mux().
288  *
289  * @param name     the name of this pass or NULL
290  * @param cb_func  The callback function for mux selection. Can be NULL,
291  *                 to lower all mux nodes.
292  *
293  * @return  the newly created ir_graph pass
294  */
295 FIRM_API ir_graph_pass_t *lower_mux_pass(const char *name,
296                                          lower_mux_callback *cb_func);
297
298 /**
299  * An intrinsic mapper function.
300  *
301  * @param node   the IR-node that will be mapped
302  * @param ctx    a context
303  *
304  * @return  non-zero if the call was mapped
305  */
306 typedef int (*i_mapper_func)(ir_node *node, void *ctx);
307
308 enum ikind {
309         INTRINSIC_CALL  = 0,  /**< the record represents an intrinsic call */
310         INTRINSIC_INSTR       /**< the record represents an intrinsic instruction */
311 };
312
313 /**
314  * An intrinsic call record.
315  */
316 typedef struct i_call_record {
317         enum ikind    kind;       /**< must be INTRINSIC_CALL */
318         ir_entity     *i_ent;     /**< the entity representing an intrinsic call */
319         i_mapper_func i_mapper;   /**< the mapper function to call */
320         void          *ctx;       /**< mapper context */
321         void          *link;      /**< used in the construction algorithm, must be NULL */
322 } i_call_record;
323
324 /**
325  * An intrinsic instruction record.
326  */
327 typedef struct i_instr_record {
328         enum ikind    kind;       /**< must be INTRINSIC_INSTR */
329         ir_op         *op;        /**< the opcode that must be mapped. */
330         i_mapper_func i_mapper;   /**< the mapper function to call */
331         void          *ctx;       /**< mapper context */
332         void          *link;      /**< used in the construction algorithm, must be NULL */
333 } i_instr_record;
334
335 /**
336  * An intrinsic record.
337  */
338 typedef union i_record {
339         i_call_record  i_call;
340         i_instr_record i_instr;
341 } i_record;
342
343 /**
344  * Go through all graphs and map calls to intrinsic functions and instructions.
345  *
346  * Every call or instruction is reported to its mapper function,
347  * which is responsible for rebuilding the graph.
348  *
349  * current_ir_graph is always set.
350  *
351  * @param list             an array of intrinsic map records
352  * @param length           the length of the array
353  * @param part_block_used  set to true if part_block() must be using during lowering
354  *
355  * @return number of found intrinsics.
356  */
357 FIRM_API size_t lower_intrinsics(i_record *list, size_t length,
358                                    int part_block_used);
359
360 /**
361  * Creates an irprog pass for lower_intrinsics.
362  *
363  * @param name             the name of this pass or NULL
364  * @param list             an array of intrinsic map records
365  * @param length           the length of the array
366  * @param part_block_used  set to true if part_block() must be using during lowering
367  */
368 FIRM_API ir_prog_pass_t *lower_intrinsics_pass(const char *name, i_record *list,
369                                                size_t length, int part_block_used);
370
371 /**
372  * A mapper for the integer/float absolute value: type abs(type v).
373  * Replaces the call by a Abs node.
374  *
375  * @return always 1
376  */
377 FIRM_API int i_mapper_abs(ir_node *call, void *ctx);
378
379 /**
380  * A mapper for the integer byte swap value: type bswap(type v).
381  * Replaces the call by a builtin[ir_bk_bswap] node.
382  *
383  * @return always 1
384  */
385 FIRM_API int i_mapper_bswap(ir_node *call, void *ctx);
386
387 /**
388  * A mapper for the floating point sqrt(v): floattype sqrt(floattype v);
389  *
390  * @return 1 if the sqrt call was removed, 0 else.
391  */
392 FIRM_API int i_mapper_sqrt(ir_node *call, void *ctx);
393
394 /**
395  * A mapper for the floating point cbrt(v): floattype sqrt(floattype v);
396  *
397  * @return 1 if the cbrt call was removed, 0 else.
398  */
399 FIRM_API int i_mapper_cbrt(ir_node *call, void *ctx);
400
401 /**
402  * A mapper for the floating point pow(a, b): floattype pow(floattype a, floattype b);
403  *
404  * @return 1 if the pow call was removed, 0 else.
405  */
406 FIRM_API int i_mapper_pow(ir_node *call, void *ctx);
407
408 /**
409  * A mapper for the floating point exp(a): floattype exp(floattype a);
410  *
411  * @return 1 if the exp call was removed, 0 else.
412  */
413 FIRM_API int i_mapper_exp(ir_node *call, void *ctx);
414
415 #define i_mapper_exp2   i_mapper_exp
416 #define i_mapper_exp10  i_mapper_exp
417
418 /**
419  * A mapper for the floating point log(a): floattype log(floattype a);
420  *
421  * @return 1 if the log call was removed, 0 else.
422  */
423 FIRM_API int i_mapper_log(ir_node *call, void *ctx);
424
425 #define i_mapper_log2   i_mapper_log
426 #define i_mapper_log10  i_mapper_log
427
428 /**
429  * A mapper for the floating point sin(a): floattype sin(floattype a);
430  *
431  * @return 1 if the sin call was removed, 0 else.
432  */
433 FIRM_API int i_mapper_sin(ir_node *call, void *ctx);
434
435 /**
436  * A mapper for the floating point sin(a): floattype cos(floattype a);
437  *
438  * @return 1 if the cos call was removed, 0 else.
439  */
440 FIRM_API int i_mapper_cos(ir_node *call, void *ctx);
441
442 /**
443  * A mapper for the floating point tan(a): floattype tan(floattype a);
444  *
445  * @return 1 if the tan call was removed, 0 else.
446  */
447 FIRM_API int i_mapper_tan(ir_node *call, void *ctx);
448
449 /**
450  * A mapper for the floating point asin(a): floattype asin(floattype a);
451  *
452  * @return 1 if the asin call was removed, 0 else.
453  */
454 FIRM_API int i_mapper_asin(ir_node *call, void *ctx);
455
456 /**
457  * A mapper for the floating point acos(a): floattype acos(floattype a);
458  *
459  * @return 1 if the tan call was removed, 0 else.
460  */
461 FIRM_API int i_mapper_acos(ir_node *call, void *ctx);
462
463 /**
464  * A mapper for the floating point atan(a): floattype atan(floattype a);
465  *
466  * @return 1 if the atan call was removed, 0 else.
467  */
468 FIRM_API int i_mapper_atan(ir_node *call, void *ctx);
469
470 /**
471  * A mapper for the floating point sinh(a): floattype sinh(floattype a);
472  *
473  * @return 1 if the sinh call was removed, 0 else.
474  */
475 FIRM_API int i_mapper_sinh(ir_node *call, void *ctx);
476
477 /**
478  * A mapper for the floating point cosh(a): floattype cosh(floattype a);
479  *
480  * @return 1 if the cosh call was removed, 0 else.
481  */
482 FIRM_API int i_mapper_cosh(ir_node *call, void *ctx);
483
484 /**
485  * A mapper for the floating point tanh(a): floattype tanh(floattype a);
486  *
487  * @return 1 if the tanh call was removed, 0 else.
488  */
489 FIRM_API int i_mapper_tanh(ir_node *call, void *ctx);
490
491 /**
492  * A mapper for the strcmp-Function: inttype strcmp(char pointer a, char pointer b);
493  *
494  * @return 1 if the strcmp call was removed, 0 else.
495  */
496 FIRM_API int i_mapper_strcmp(ir_node *call, void *ctx);
497
498 /**
499  * A mapper for the strncmp-Function: inttype strncmp(char pointer a, char pointer b, inttype len);
500  *
501  * @return 1 if the strncmp call was removed, 0 else.
502  */
503 FIRM_API int i_mapper_strncmp(ir_node *call, void *ctx);
504
505 /**
506  * A mapper for the strcpy-Function: char pointer strcpy(char pointer a, char pointer b);
507  *
508  * @return 1 if the strcpy call was removed, 0 else.
509  */
510 FIRM_API int i_mapper_strcpy(ir_node *call, void *ctx);
511
512 /**
513  * A mapper for the strlen-Function: inttype strlen(char pointer a);
514  *
515  * @return 1 if the strlen call was removed, 0 else.
516  */
517 FIRM_API int i_mapper_strlen(ir_node *call, void *ctx);
518
519 /**
520  * A mapper for the memcpy-Function: void pointer memcpy(void pointer d, void pointer s, inttype c);
521  *
522  * @return 1 if the memcpy call was removed, 0 else.
523  */
524 FIRM_API int i_mapper_memcpy(ir_node *call, void *ctx);
525
526 /**
527  * A mapper for the mempcpy-Function: void pointer mempcpy(void pointer d, void pointer s, inttype c);
528  *
529  * @return 1 if the mempcpy call was removed, 0 else.
530  */
531 FIRM_API int i_mapper_mempcpy(ir_node *call, void *ctx);
532
533 /**
534  * A mapper for the memmove-Function: void pointer memmove(void pointer d, void pointer s, inttype c);
535  *
536  * @return 1 if the memmove call was removed, 0 else.
537  */
538 FIRM_API int i_mapper_memmove(ir_node *call, void *ctx);
539
540 /**
541  * A mapper for the memset-Function: void pointer memset(void pointer d, inttype C, inttype len);
542  *
543  * @return 1 if the memset call was removed, 0 else.
544  */
545 FIRM_API int i_mapper_memset(ir_node *call, void *ctx);
546
547 /**
548  * A mapper for the strncmp-Function: inttype memcmp(void pointer a, void pointer b, inttype len);
549  *
550  * @return 1 if the strncmp call was removed, 0 else.
551  */
552 FIRM_API int i_mapper_memcmp(ir_node *call, void *ctx);
553
554 /**
555  * A mapper for the alloca() function: pointer alloca(inttype size)
556  * Replaces the call by a Alloca(stack_alloc) node.
557  *
558  * @return always 1
559  */
560 FIRM_API int i_mapper_alloca(ir_node *call, void *ctx);
561
562 /**
563  * A runtime routine description.
564  */
565 typedef struct runtime_rt {
566         ir_entity *ent;            /**< The entity representing the runtime routine. */
567         ir_mode   *mode;           /**< The operation mode of the mapped instruction. */
568         ir_mode   *res_mode;       /**< The result mode of the mapped instruction or NULL. */
569         long      mem_proj_nr;     /**< if >= 0, create a memory ProjM() */
570         long      regular_proj_nr; /**< if >= 0, create a regular ProjX() */
571         long      exc_proj_nr;     /**< if >= 0, create a exception ProjX() */
572         long      exc_mem_proj_nr; /**< if >= 0, create a exception memory ProjM() */
573         long      res_proj_nr;     /**< if >= 0, first result projection number */
574 } runtime_rt;
575
576 /**
577  * A mapper for mapping unsupported instructions to runtime calls.
578  * Maps a op(arg_0, ..., arg_n) into a call to a runtime function
579  * rt(arg_0, ..., arg_n).
580  *
581  * The mapping is only done, if the modes of all arguments matches the
582  * modes of rt's argument.
583  * Further, if op has a memory input, the generated Call uses it, else
584  * it gets a NoMem.
585  * The pinned state of the Call will be set to the pinned state of op.
586  *
587  * Note that i_mapper_RuntimeCall() must be used with a i_instr_record.
588  *
589  * @return 1 if an op was mapped, 0 else
590  *
591  * Some examples:
592  *
593  * - Maps signed Div nodes to calls to rt_Div():
594    @code
595   runtime_rt rt_Div = {
596     ent("int rt_Div(int, int)"),
597     mode_T,
598     mode_Is,
599     pn_Div_M,
600     pn_Div_X_regular,
601     pn_Div_X_except,
602     pn_Div_M,
603     pn_Div_res
604   };
605   i_instr_record map_Div = {
606     INTRINSIC_INSTR,
607     op_Div,
608     i_mapper_RuntimeCall,
609     &rt_Div,
610     NULL
611   };
612   @endcode
613  *
614  * - Maps ConvD(F) to calls to rt_Float2Div():
615   @code
616   runtime_rt rt_Float2Double = {
617     ent("double rt_Float2Div(float)"),
618     get_type_mode("double"),
619     NULL,
620     -1,
621     -1,
622     -1,
623     -1,
624     -1
625   };
626   i_instr_record map_Float2Double = {
627     INTRINSIC_INSTR,
628     op_Conv,
629     i_mapper_RuntimeCall,
630     &rt_Float2Double,
631     NULL
632   };
633   @endcode
634  */
635 FIRM_API int i_mapper_RuntimeCall(ir_node *node, runtime_rt *rt);
636
637 #include "end.h"
638
639 #endif