merge kaps
[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 spare_size Allowed spare size for table switches in machine words.
164  *                   (Default in edgfe: 128)
165  * @param allow_out_of_bounds   backend can handle out-of-bounds values
166  *                              (values bigger than minimum and maximum proj
167  *                               number)
168  */
169 FIRM_API void lower_switch(ir_graph *irg, unsigned spare_size,
170                            int allow_out_of_bounds);
171
172 /**
173  * A callback type for creating an intrinsic entity for a given opcode.
174  *
175  * @param method   the method type of the emulation function entity
176  * @param op       the emulated ir_op
177  * @param imode    the input mode of the emulated opcode
178  * @param omode    the output mode of the emulated opcode
179  * @param context  the context parameter
180  */
181 typedef ir_entity *(create_intrinsic_fkt)(ir_type *method, const ir_op *op,
182                                           const ir_mode *imode,
183                                           const ir_mode *omode, void *context);
184
185 /**
186  * The lowering parameter description.
187  */
188 typedef struct lwrdw_param_t {
189         unsigned              little_endian : 1; /**< if true should be lowered for little endian, else big endian */
190         unsigned              doubleword_size;   /**< bitsize of the doubleword mode */
191         create_intrinsic_fkt *create_intrinsic;  /**< callback that creates the intrinsic entity */
192         void                 *ctx;               /**< context parameter for the creator function */
193 } lwrdw_param_t;
194
195 /**
196  * Lower all double word operations.
197  *
198  * @param param  parameter for lowering
199  */
200 FIRM_API void lower_dw_ops(const lwrdw_param_t *param);
201
202 /**
203  * Default implementation. Context is unused.
204  */
205 FIRM_API ir_entity *def_create_intrinsic_fkt(ir_type *method, const ir_op *op,
206                                              const ir_mode *imode,
207                                              const ir_mode *omode,
208                                              void *context);
209
210 /**
211  * Replaces SymConsts by a real constant if possible.
212  * Replace Sel nodes by address computation.  Also resolves array access.
213  * Handle bit fields by added And/Or calculations.
214  *
215  * @param irg               the graph to lower
216  * @param lower_bitfields   the graph contains old-style bitfield
217  *                          constructs
218  *
219  * @note: There is NO lowering ob objects oriented types. This is highly compiler
220  *        and ABI specific and should be placed directly in the compiler.
221  */
222 FIRM_API void lower_highlevel_graph(ir_graph *irg, int lower_bitfields);
223
224 /**
225  * Creates an ir_graph pass for lower_highlevel_graph().
226  *
227  * @param name              the name of this pass or NULL
228  * @param lower_bitfields   the graph contains old-style bitfield
229  *                          constructs
230  *
231  * @return  the newly created ir_graph pass
232  */
233 FIRM_API ir_graph_pass_t *lower_highlevel_graph_pass(const char *name,
234                                                      int lower_bitfields);
235
236 /**
237  * Replaces SymConsts by a real constant if possible.
238  * Replace Sel nodes by address computation.  Also resolves array access.
239  * Handle bit fields by added And/Or calculations.
240  * Lowers all graphs.
241  *
242  * @note There is NO lowering of objects oriented types. This is highly compiler
243  *       and ABI specific and should be placed directly in the compiler.
244  */
245 FIRM_API void lower_highlevel(int lower_bitfields);
246
247 /**
248  * does the same as lower_highlevel for all nodes on the const code irg
249  */
250 FIRM_API void lower_const_code(void);
251
252 /**
253  * Creates an ir_prog pass for lower_const_code().
254  *
255  * @param name     the name of this pass or NULL
256  *
257  * @return  the newly created ir_prog pass
258  */
259 FIRM_API ir_prog_pass_t *lower_const_code_pass(const char *name);
260
261 /**
262  * Function which creates a "set" instraction. A "set" instruction takes a
263  * condition value (a value with mode_b) as input and produces a value in a
264  * general purpose integer mode.
265  * Most architectures have special intrinsics for this. But if all else fails
266  * you can just produces the an if-like construct.
267  */
268 typedef ir_node* (*create_set_func)(ir_node *cond);
269
270 /**
271  * implementation of create_set_func which produces a Mux node with 0/1 input
272  */
273 ir_node *ir_create_mux_set(ir_node *cond, ir_mode *dest_mode);
274
275 /**
276  * implementation of create_set_func which produces a cond with control
277  * flow
278  */
279 ir_node *ir_create_cond_set(ir_node *cond, ir_mode *dest_mode);
280
281 typedef struct lower_mode_b_config_t {
282         /* mode that is used to transport 0/1 values */
283         ir_mode *lowered_mode;
284         /* callback for creating set-like instructions */
285         create_set_func create_set;
286         /* whether direct Cond(Cmp) should also be lowered */
287         int lower_direct_cmp;
288 } lower_mode_b_config_t;
289
290 /**
291  * Lowers mode_b operations to integer arithmetic. After the lowering the only
292  * operations with mode_b are the Projs of Cmps; the only nodes with mode_b
293  * inputs are Cond and Psi nodes.
294  *
295  * Example: Psi(a < 0, 1, 0) => a >> 31
296  *
297  * @param irg      the firm graph to lower
298  * @param config   configuration for mode_b lowerer
299  */
300 FIRM_API void ir_lower_mode_b(ir_graph *irg,
301                               const lower_mode_b_config_t *config);
302
303 /**
304  * Used as callback, whenever a lowerable mux is found. The return value
305  * indicates, whether the mux should be lowered. This may be used, to lower
306  * floating point muxes, while keeping mux nodes for integers, for example.
307  *
308  * @param mux  The mux node that may be lowered.
309  * @return     A non-zero value indicates that the mux should be lowered.
310  */
311 typedef int lower_mux_callback(ir_node* mux);
312
313 /**
314  * Lowers all mux nodes in the given graph. A callback function may be
315  * given, to select the mux nodes to lower.
316  *
317  * @param irg      The graph to lower mux nodes in.
318  * @param cb_func  The callback function for mux selection. Can be NULL,
319  *                 to lower all mux nodes.
320  */
321 FIRM_API void lower_mux(ir_graph *irg, lower_mux_callback *cb_func);
322
323 /**
324  * Creates an ir_graph pass for lower_mux().
325  *
326  * @param name     the name of this pass or NULL
327  * @param cb_func  The callback function for mux selection. Can be NULL,
328  *                 to lower all mux nodes.
329  *
330  * @return  the newly created ir_graph pass
331  */
332 FIRM_API ir_graph_pass_t *lower_mux_pass(const char *name,
333                                          lower_mux_callback *cb_func);
334
335 /**
336  * An intrinsic mapper function.
337  *
338  * @param node   the IR-node that will be mapped
339  * @param ctx    a context
340  *
341  * @return  non-zero if the call was mapped
342  */
343 typedef int (*i_mapper_func)(ir_node *node, void *ctx);
344
345 enum ikind {
346         INTRINSIC_CALL  = 0,  /**< the record represents an intrinsic call */
347         INTRINSIC_INSTR       /**< the record represents an intrinsic instruction */
348 };
349
350 /**
351  * An intrinsic call record.
352  */
353 typedef struct i_call_record {
354         enum ikind    kind;       /**< must be INTRINSIC_CALL */
355         ir_entity     *i_ent;     /**< the entity representing an intrinsic call */
356         i_mapper_func i_mapper;   /**< the mapper function to call */
357         void          *ctx;       /**< mapper context */
358         void          *link;      /**< used in the construction algorithm, must be NULL */
359 } i_call_record;
360
361 /**
362  * An intrinsic instruction record.
363  */
364 typedef struct i_instr_record {
365         enum ikind    kind;       /**< must be INTRINSIC_INSTR */
366         ir_op         *op;        /**< the opcode that must be mapped. */
367         i_mapper_func i_mapper;   /**< the mapper function to call */
368         void          *ctx;       /**< mapper context */
369         void          *link;      /**< used in the construction algorithm, must be NULL */
370 } i_instr_record;
371
372 /**
373  * An intrinsic record.
374  */
375 typedef union i_record {
376         i_call_record  i_call;
377         i_instr_record i_instr;
378 } i_record;
379
380 /**
381  * Go through all graphs and map calls to intrinsic functions and instructions.
382  *
383  * Every call or instruction is reported to its mapper function,
384  * which is responsible for rebuilding the graph.
385  *
386  * current_ir_graph is always set.
387  *
388  * @param list             an array of intrinsic map records
389  * @param length           the length of the array
390  * @param part_block_used  set to true if part_block() must be using during lowering
391  *
392  * @return number of found intrinsics.
393  */
394 FIRM_API size_t lower_intrinsics(i_record *list, size_t length,
395                                    int part_block_used);
396
397 /**
398  * Creates an irprog pass for lower_intrinsics.
399  *
400  * @param name             the name of this pass or NULL
401  * @param list             an array of intrinsic map records
402  * @param length           the length of the array
403  * @param part_block_used  set to true if part_block() must be using during lowering
404  */
405 FIRM_API ir_prog_pass_t *lower_intrinsics_pass(const char *name, i_record *list,
406                                                size_t length, int part_block_used);
407
408 /**
409  * A mapper for the integer/float absolute value: type abs(type v).
410  * Replaces the call by a Abs node.
411  *
412  * @return always 1
413  */
414 FIRM_API int i_mapper_abs(ir_node *call, void *ctx);
415
416 /**
417  * A mapper for the integer byte swap value: type bswap(type v).
418  * Replaces the call by a builtin[ir_bk_bswap] node.
419  *
420  * @return always 1
421  */
422 FIRM_API int i_mapper_bswap(ir_node *call, void *ctx);
423
424 /**
425  * A mapper for the floating point sqrt(v): floattype sqrt(floattype v);
426  *
427  * @return 1 if the sqrt call was removed, 0 else.
428  */
429 FIRM_API int i_mapper_sqrt(ir_node *call, void *ctx);
430
431 /**
432  * A mapper for the floating point cbrt(v): floattype sqrt(floattype v);
433  *
434  * @return 1 if the cbrt call was removed, 0 else.
435  */
436 FIRM_API int i_mapper_cbrt(ir_node *call, void *ctx);
437
438 /**
439  * A mapper for the floating point pow(a, b): floattype pow(floattype a, floattype b);
440  *
441  * @return 1 if the pow call was removed, 0 else.
442  */
443 FIRM_API int i_mapper_pow(ir_node *call, void *ctx);
444
445 /**
446  * A mapper for the floating point exp(a): floattype exp(floattype a);
447  *
448  * @return 1 if the exp call was removed, 0 else.
449  */
450 FIRM_API int i_mapper_exp(ir_node *call, void *ctx);
451
452 #define i_mapper_exp2   i_mapper_exp
453 #define i_mapper_exp10  i_mapper_exp
454
455 /**
456  * A mapper for the floating point log(a): floattype log(floattype a);
457  *
458  * @return 1 if the log call was removed, 0 else.
459  */
460 FIRM_API int i_mapper_log(ir_node *call, void *ctx);
461
462 #define i_mapper_log2   i_mapper_log
463 #define i_mapper_log10  i_mapper_log
464
465 /**
466  * A mapper for the floating point sin(a): floattype sin(floattype a);
467  *
468  * @return 1 if the sin call was removed, 0 else.
469  */
470 FIRM_API int i_mapper_sin(ir_node *call, void *ctx);
471
472 /**
473  * A mapper for the floating point sin(a): floattype cos(floattype a);
474  *
475  * @return 1 if the cos call was removed, 0 else.
476  */
477 FIRM_API int i_mapper_cos(ir_node *call, void *ctx);
478
479 /**
480  * A mapper for the floating point tan(a): floattype tan(floattype a);
481  *
482  * @return 1 if the tan call was removed, 0 else.
483  */
484 FIRM_API int i_mapper_tan(ir_node *call, void *ctx);
485
486 /**
487  * A mapper for the floating point asin(a): floattype asin(floattype a);
488  *
489  * @return 1 if the asin call was removed, 0 else.
490  */
491 FIRM_API int i_mapper_asin(ir_node *call, void *ctx);
492
493 /**
494  * A mapper for the floating point acos(a): floattype acos(floattype a);
495  *
496  * @return 1 if the tan call was removed, 0 else.
497  */
498 FIRM_API int i_mapper_acos(ir_node *call, void *ctx);
499
500 /**
501  * A mapper for the floating point atan(a): floattype atan(floattype a);
502  *
503  * @return 1 if the atan call was removed, 0 else.
504  */
505 FIRM_API int i_mapper_atan(ir_node *call, void *ctx);
506
507 /**
508  * A mapper for the floating point sinh(a): floattype sinh(floattype a);
509  *
510  * @return 1 if the sinh call was removed, 0 else.
511  */
512 FIRM_API int i_mapper_sinh(ir_node *call, void *ctx);
513
514 /**
515  * A mapper for the floating point cosh(a): floattype cosh(floattype a);
516  *
517  * @return 1 if the cosh call was removed, 0 else.
518  */
519 FIRM_API int i_mapper_cosh(ir_node *call, void *ctx);
520
521 /**
522  * A mapper for the floating point tanh(a): floattype tanh(floattype a);
523  *
524  * @return 1 if the tanh call was removed, 0 else.
525  */
526 FIRM_API int i_mapper_tanh(ir_node *call, void *ctx);
527
528 /**
529  * A mapper for the strcmp-Function: inttype strcmp(char pointer a, char pointer b);
530  *
531  * @return 1 if the strcmp call was removed, 0 else.
532  */
533 FIRM_API int i_mapper_strcmp(ir_node *call, void *ctx);
534
535 /**
536  * A mapper for the strncmp-Function: inttype strncmp(char pointer a, char pointer b, inttype len);
537  *
538  * @return 1 if the strncmp call was removed, 0 else.
539  */
540 FIRM_API int i_mapper_strncmp(ir_node *call, void *ctx);
541
542 /**
543  * A mapper for the strcpy-Function: char pointer strcpy(char pointer a, char pointer b);
544  *
545  * @return 1 if the strcpy call was removed, 0 else.
546  */
547 FIRM_API int i_mapper_strcpy(ir_node *call, void *ctx);
548
549 /**
550  * A mapper for the strlen-Function: inttype strlen(char pointer a);
551  *
552  * @return 1 if the strlen call was removed, 0 else.
553  */
554 FIRM_API int i_mapper_strlen(ir_node *call, void *ctx);
555
556 /**
557  * A mapper for the memcpy-Function: void pointer memcpy(void pointer d, void pointer s, inttype c);
558  *
559  * @return 1 if the memcpy call was removed, 0 else.
560  */
561 FIRM_API int i_mapper_memcpy(ir_node *call, void *ctx);
562
563 /**
564  * A mapper for the mempcpy-Function: void pointer mempcpy(void pointer d, void pointer s, inttype c);
565  *
566  * @return 1 if the mempcpy call was removed, 0 else.
567  */
568 FIRM_API int i_mapper_mempcpy(ir_node *call, void *ctx);
569
570 /**
571  * A mapper for the memmove-Function: void pointer memmove(void pointer d, void pointer s, inttype c);
572  *
573  * @return 1 if the memmove call was removed, 0 else.
574  */
575 FIRM_API int i_mapper_memmove(ir_node *call, void *ctx);
576
577 /**
578  * A mapper for the memset-Function: void pointer memset(void pointer d, inttype C, inttype len);
579  *
580  * @return 1 if the memset call was removed, 0 else.
581  */
582 FIRM_API int i_mapper_memset(ir_node *call, void *ctx);
583
584 /**
585  * A mapper for the strncmp-Function: inttype memcmp(void pointer a, void pointer b, inttype len);
586  *
587  * @return 1 if the strncmp call was removed, 0 else.
588  */
589 FIRM_API int i_mapper_memcmp(ir_node *call, void *ctx);
590
591 /**
592  * A mapper for the alloca() function: pointer alloca(inttype size)
593  * Replaces the call by a Alloca(stack_alloc) node.
594  *
595  * @return always 1
596  */
597 FIRM_API int i_mapper_alloca(ir_node *call, void *ctx);
598
599 /**
600  * A runtime routine description.
601  */
602 typedef struct runtime_rt {
603         ir_entity *ent;            /**< The entity representing the runtime routine. */
604         ir_mode   *mode;           /**< The operation mode of the mapped instruction. */
605         ir_mode   *res_mode;       /**< The result mode of the mapped instruction or NULL. */
606         long      mem_proj_nr;     /**< if >= 0, create a memory ProjM() */
607         long      regular_proj_nr; /**< if >= 0, create a regular ProjX() */
608         long      exc_proj_nr;     /**< if >= 0, create a exception ProjX() */
609         long      exc_mem_proj_nr; /**< if >= 0, create a exception memory ProjM() */
610         long      res_proj_nr;     /**< if >= 0, first result projection number */
611 } runtime_rt;
612
613 /**
614  * A mapper for mapping unsupported instructions to runtime calls.
615  * Maps a op(arg_0, ..., arg_n) into a call to a runtime function
616  * rt(arg_0, ..., arg_n).
617  *
618  * The mapping is only done, if the modes of all arguments matches the
619  * modes of rt's argument.
620  * Further, if op has a memory input, the generated Call uses it, else
621  * it gets a NoMem.
622  * The pinned state of the Call will be set to the pinned state of op.
623  *
624  * Note that i_mapper_RuntimeCall() must be used with a i_instr_record.
625  *
626  * @return 1 if an op was mapped, 0 else
627  *
628  * Some examples:
629  *
630  * - Maps signed Div nodes to calls to rt_Div():
631    @code
632   runtime_rt rt_Div = {
633     ent("int rt_Div(int, int)"),
634     mode_T,
635     mode_Is,
636     pn_Div_M,
637     pn_Div_X_regular,
638     pn_Div_X_except,
639     pn_Div_M,
640     pn_Div_res
641   };
642   i_instr_record map_Div = {
643     INTRINSIC_INSTR,
644     op_Div,
645     i_mapper_RuntimeCall,
646     &rt_Div,
647     NULL
648   };
649   @endcode
650  *
651  * - Maps ConvD(F) to calls to rt_Float2Div():
652   @code
653   runtime_rt rt_Float2Double = {
654     ent("double rt_Float2Div(float)"),
655     get_type_mode("double"),
656     NULL,
657     -1,
658     -1,
659     -1,
660     -1,
661     -1
662   };
663   i_instr_record map_Float2Double = {
664     INTRINSIC_INSTR,
665     op_Conv,
666     i_mapper_RuntimeCall,
667     &rt_Float2Double,
668     NULL
669   };
670   @endcode
671  */
672 FIRM_API int i_mapper_RuntimeCall(ir_node *node, runtime_rt *rt);
673
674 #include "end.h"
675
676 #endif