backend is responsible for defining what lowering operations need to be performed...
[libfirm] / include / libfirm / lowering.h
1 /*
2  * Copyright (C) 1995-2008 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  */
164 FIRM_API void lower_switch(ir_graph *irg, unsigned spare_size);
165
166 /**
167  * Creates an ir_graph pass for lower_switch().
168  *
169  * @param name       the name of this pass or NULL
170  * @param spare_size Allowed spare size for table switches in machine words.
171  *                   (Default in edgfe: 128)
172  *
173  * @return  the newly created ir_graph pass
174  */
175 FIRM_API ir_graph_pass_t *lower_switch_pass(const char *name,
176                                             unsigned spare_size);
177
178 /**
179  * A callback type for creating an intrinsic entity for a given opcode.
180  *
181  * @param method   the method type of the emulation function entity
182  * @param op       the emulated ir_op
183  * @param imode    the input mode of the emulated opcode
184  * @param omode    the output mode of the emulated opcode
185  * @param context  the context parameter
186  */
187 typedef ir_entity *(create_intrinsic_fkt)(ir_type *method, const ir_op *op,
188                                           const ir_mode *imode,
189                                           const ir_mode *omode, void *context);
190
191 /**
192  * The lowering parameter description.
193  */
194 typedef struct lwrdw_param_t {
195         unsigned              little_endian : 1; /**< if true should be lowered for little endian, else big endian */
196         unsigned              doubleword_size;   /**< bitsize of the doubleword mode */
197         create_intrinsic_fkt *create_intrinsic;  /**< callback that creates the intrinsic entity */
198         void                 *ctx;               /**< context parameter for the creator function */
199 } lwrdw_param_t;
200
201 /**
202  * Lower all double word operations.
203  *
204  * @param param  parameter for lowering
205  */
206 FIRM_API void lower_dw_ops(const lwrdw_param_t *param);
207
208 /**
209  * Default implementation. Context is unused.
210  */
211 FIRM_API ir_entity *def_create_intrinsic_fkt(ir_type *method, const ir_op *op,
212                                              const ir_mode *imode,
213                                              const ir_mode *omode,
214                                              void *context);
215
216 /**
217  * Replaces SymConsts by a real constant if possible.
218  * Replace Sel nodes by address computation.  Also resolves array access.
219  * Handle bit fields by added And/Or calculations.
220  *
221  * @param irg               the graph to lower
222  * @param lower_bitfields   the graph contains old-style bitfield
223  *                          constructs
224  *
225  * @note: There is NO lowering ob objects oriented types. This is highly compiler
226  *        and ABI specific and should be placed directly in the compiler.
227  */
228 FIRM_API void lower_highlevel_graph(ir_graph *irg, int lower_bitfields);
229
230 /**
231  * Creates an ir_graph pass for lower_highlevel_graph().
232  *
233  * @param name              the name of this pass or NULL
234  * @param lower_bitfields   the graph contains old-style bitfield
235  *                          constructs
236  *
237  * @return  the newly created ir_graph pass
238  */
239 FIRM_API ir_graph_pass_t *lower_highlevel_graph_pass(const char *name,
240                                                      int lower_bitfields);
241
242 /**
243  * Replaces SymConsts by a real constant if possible.
244  * Replace Sel nodes by address computation.  Also resolves array access.
245  * Handle bit fields by added And/Or calculations.
246  * Lowers all graphs.
247  *
248  * @note There is NO lowering of objects oriented types. This is highly compiler
249  *       and ABI specific and should be placed directly in the compiler.
250  */
251 FIRM_API void lower_highlevel(int lower_bitfields);
252
253 /**
254  * does the same as lower_highlevel for all nodes on the const code irg
255  */
256 FIRM_API void lower_const_code(void);
257
258 /**
259  * Creates an ir_prog pass for lower_const_code().
260  *
261  * @param name     the name of this pass or NULL
262  *
263  * @return  the newly created ir_prog pass
264  */
265 FIRM_API ir_prog_pass_t *lower_const_code_pass(const char *name);
266
267 typedef struct lower_mode_b_config_t {
268         /* mode that is used to transport 0/1 values */
269         ir_mode *lowered_mode;
270         /* preferred mode for the "set" operations (a psi that produces a 0 or 1) */
271         ir_mode *lowered_set_mode;
272         /* whether direct Cond -> Cmps should also be lowered */
273         int lower_direct_cmp;
274 } lower_mode_b_config_t;
275
276 /**
277  * Lowers mode_b operations to integer arithmetic. After the lowering the only
278  * operations with mode_b are the Projs of Cmps; the only nodes with mode_b
279  * inputs are Cond and Psi nodes.
280  *
281  * Example: Psi(a < 0, 1, 0) => a >> 31
282  *
283  * @param irg      the firm graph to lower
284  * @param config   configuration for mode_b lowerer
285  */
286 FIRM_API void ir_lower_mode_b(ir_graph *irg,
287                               const lower_mode_b_config_t *config);
288
289 /**
290  * Creates an ir_graph pass for ir_lower_mode_b().
291  *
292  * @param name     the name of this pass or NULL
293  * @param config   configuration for mode_b lowerer
294  *
295  * @return  the newly created ir_graph pass
296  */
297 FIRM_API ir_graph_pass_t *ir_lower_mode_b_pass(const char *name,
298                                            const lower_mode_b_config_t *config);
299
300 /**
301  * Used as callback, whenever a lowerable mux is found. The return value
302  * indicates, whether the mux should be lowered. This may be used, to lower
303  * floating point muxes, while keeping mux nodes for integers, for example.
304  *
305  * @param mux  The mux node that may be lowered.
306  * @return     A non-zero value indicates that the mux should be lowered.
307  */
308 typedef int lower_mux_callback(ir_node* mux);
309
310 /**
311  * Lowers all mux nodes in the given graph. A callback function may be
312  * given, to select the mux nodes to lower.
313  *
314  * @param irg      The graph to lower mux nodes in.
315  * @param cb_func  The callback function for mux selection. Can be NULL,
316  *                 to lower all mux nodes.
317  */
318 FIRM_API void lower_mux(ir_graph *irg, lower_mux_callback *cb_func);
319
320 /**
321  * Creates an ir_graph pass for lower_mux().
322  *
323  * @param name     the name of this pass or NULL
324  * @param cb_func  The callback function for mux selection. Can be NULL,
325  *                 to lower all mux nodes.
326  *
327  * @return  the newly created ir_graph pass
328  */
329 FIRM_API ir_graph_pass_t *lower_mux_pass(const char *name,
330                                          lower_mux_callback *cb_func);
331
332 /**
333  * An intrinsic mapper function.
334  *
335  * @param node   the IR-node that will be mapped
336  * @param ctx    a context
337  *
338  * @return  non-zero if the call was mapped
339  */
340 typedef int (*i_mapper_func)(ir_node *node, void *ctx);
341
342 enum ikind {
343         INTRINSIC_CALL  = 0,  /**< the record represents an intrinsic call */
344         INTRINSIC_INSTR       /**< the record represents an intrinsic instruction */
345 };
346
347 /**
348  * An intrinsic call record.
349  */
350 typedef struct i_call_record {
351         enum ikind    kind;       /**< must be INTRINSIC_CALL */
352         ir_entity     *i_ent;     /**< the entity representing an intrinsic call */
353         i_mapper_func i_mapper;   /**< the mapper function to call */
354         void          *ctx;       /**< mapper context */
355         void          *link;      /**< used in the construction algorithm, must be NULL */
356 } i_call_record;
357
358 /**
359  * An intrinsic instruction record.
360  */
361 typedef struct i_instr_record {
362         enum ikind    kind;       /**< must be INTRINSIC_INSTR */
363         ir_op         *op;        /**< the opcode that must be mapped. */
364         i_mapper_func i_mapper;   /**< the mapper function to call */
365         void          *ctx;       /**< mapper context */
366         void          *link;      /**< used in the construction algorithm, must be NULL */
367 } i_instr_record;
368
369 /**
370  * An intrinsic record.
371  */
372 typedef union i_record {
373         i_call_record  i_call;
374         i_instr_record i_instr;
375 } i_record;
376
377 /**
378  * Go through all graphs and map calls to intrinsic functions and instructions.
379  *
380  * Every call or instruction is reported to its mapper function,
381  * which is responsible for rebuilding the graph.
382  *
383  * current_ir_graph is always set.
384  *
385  * @param list             an array of intrinsic map records
386  * @param length           the length of the array
387  * @param part_block_used  set to true if part_block() must be using during lowering
388  *
389  * @return number of found intrinsics.
390  */
391 FIRM_API unsigned lower_intrinsics(i_record *list, int length,
392                                    int part_block_used);
393
394 /**
395  * Creates an irprog pass for lower_intrinsics.
396  *
397  * @param name             the name of this pass or NULL
398  * @param list             an array of intrinsic map records
399  * @param length           the length of the array
400  * @param part_block_used  set to true if part_block() must be using during lowering
401  */
402 FIRM_API ir_prog_pass_t *lower_intrinsics_pass(const char *name, i_record *list,
403                                                int length, int part_block_used);
404
405 /**
406  * A mapper for the integer/float absolute value: type abs(type v).
407  * Replaces the call by a Abs node.
408  *
409  * @return always 1
410  */
411 FIRM_API int i_mapper_abs(ir_node *call, void *ctx);
412
413 /**
414  * A mapper for the integer byte swap value: type bswap(type v).
415  * Replaces the call by a builtin[ir_bk_bswap] node.
416  *
417  * @return always 1
418  */
419 FIRM_API int i_mapper_bswap(ir_node *call, void *ctx);
420
421 /**
422  * A mapper for the floating point sqrt(v): floattype sqrt(floattype v);
423  *
424  * @return 1 if the sqrt call was removed, 0 else.
425  */
426 FIRM_API int i_mapper_sqrt(ir_node *call, void *ctx);
427
428 /**
429  * A mapper for the floating point cbrt(v): floattype sqrt(floattype v);
430  *
431  * @return 1 if the cbrt call was removed, 0 else.
432  */
433 FIRM_API int i_mapper_cbrt(ir_node *call, void *ctx);
434
435 /**
436  * A mapper for the floating point pow(a, b): floattype pow(floattype a, floattype b);
437  *
438  * @return 1 if the pow call was removed, 0 else.
439  */
440 FIRM_API int i_mapper_pow(ir_node *call, void *ctx);
441
442 /**
443  * A mapper for the floating point exp(a): floattype exp(floattype a);
444  *
445  * @return 1 if the exp call was removed, 0 else.
446  */
447 FIRM_API int i_mapper_exp(ir_node *call, void *ctx);
448
449 #define i_mapper_exp2   i_mapper_exp
450 #define i_mapper_exp10  i_mapper_exp
451
452 /**
453  * A mapper for the floating point log(a): floattype log(floattype a);
454  *
455  * @return 1 if the log call was removed, 0 else.
456  */
457 FIRM_API int i_mapper_log(ir_node *call, void *ctx);
458
459 #define i_mapper_log2   i_mapper_log
460 #define i_mapper_log10  i_mapper_log
461
462 /**
463  * A mapper for the floating point sin(a): floattype sin(floattype a);
464  *
465  * @return 1 if the sin call was removed, 0 else.
466  */
467 FIRM_API int i_mapper_sin(ir_node *call, void *ctx);
468
469 /**
470  * A mapper for the floating point sin(a): floattype cos(floattype a);
471  *
472  * @return 1 if the cos call was removed, 0 else.
473  */
474 FIRM_API int i_mapper_cos(ir_node *call, void *ctx);
475
476 /**
477  * A mapper for the floating point tan(a): floattype tan(floattype a);
478  *
479  * @return 1 if the tan call was removed, 0 else.
480  */
481 FIRM_API int i_mapper_tan(ir_node *call, void *ctx);
482
483 /**
484  * A mapper for the floating point asin(a): floattype asin(floattype a);
485  *
486  * @return 1 if the asin call was removed, 0 else.
487  */
488 FIRM_API int i_mapper_asin(ir_node *call, void *ctx);
489
490 /**
491  * A mapper for the floating point acos(a): floattype acos(floattype a);
492  *
493  * @return 1 if the tan call was removed, 0 else.
494  */
495 FIRM_API int i_mapper_acos(ir_node *call, void *ctx);
496
497 /**
498  * A mapper for the floating point atan(a): floattype atan(floattype a);
499  *
500  * @return 1 if the atan call was removed, 0 else.
501  */
502 FIRM_API int i_mapper_atan(ir_node *call, void *ctx);
503
504 /**
505  * A mapper for the floating point sinh(a): floattype sinh(floattype a);
506  *
507  * @return 1 if the sinh call was removed, 0 else.
508  */
509 FIRM_API int i_mapper_sinh(ir_node *call, void *ctx);
510
511 /**
512  * A mapper for the floating point cosh(a): floattype cosh(floattype a);
513  *
514  * @return 1 if the cosh call was removed, 0 else.
515  */
516 FIRM_API int i_mapper_cosh(ir_node *call, void *ctx);
517
518 /**
519  * A mapper for the floating point tanh(a): floattype tanh(floattype a);
520  *
521  * @return 1 if the tanh call was removed, 0 else.
522  */
523 FIRM_API int i_mapper_tanh(ir_node *call, void *ctx);
524
525 /**
526  * A mapper for the strcmp-Function: inttype strcmp(char pointer a, char pointer b);
527  *
528  * @return 1 if the strcmp call was removed, 0 else.
529  */
530 FIRM_API int i_mapper_strcmp(ir_node *call, void *ctx);
531
532 /**
533  * A mapper for the strncmp-Function: inttype strncmp(char pointer a, char pointer b, inttype len);
534  *
535  * @return 1 if the strncmp call was removed, 0 else.
536  */
537 FIRM_API int i_mapper_strncmp(ir_node *call, void *ctx);
538
539 /**
540  * A mapper for the strcpy-Function: char pointer strcpy(char pointer a, char pointer b);
541  *
542  * @return 1 if the strcpy call was removed, 0 else.
543  */
544 FIRM_API int i_mapper_strcpy(ir_node *call, void *ctx);
545
546 /**
547  * A mapper for the strlen-Function: inttype strlen(char pointer a);
548  *
549  * @return 1 if the strlen call was removed, 0 else.
550  */
551 FIRM_API int i_mapper_strlen(ir_node *call, void *ctx);
552
553 /**
554  * A mapper for the memcpy-Function: void pointer memcpy(void pointer d, void pointer s, inttype c);
555  *
556  * @return 1 if the memcpy call was removed, 0 else.
557  */
558 FIRM_API int i_mapper_memcpy(ir_node *call, void *ctx);
559
560 /**
561  * A mapper for the mempcpy-Function: void pointer mempcpy(void pointer d, void pointer s, inttype c);
562  *
563  * @return 1 if the mempcpy call was removed, 0 else.
564  */
565 FIRM_API int i_mapper_mempcpy(ir_node *call, void *ctx);
566
567 /**
568  * A mapper for the memmove-Function: void pointer memmove(void pointer d, void pointer s, inttype c);
569  *
570  * @return 1 if the memmove call was removed, 0 else.
571  */
572 FIRM_API int i_mapper_memmove(ir_node *call, void *ctx);
573
574 /**
575  * A mapper for the memset-Function: void pointer memset(void pointer d, inttype C, inttype len);
576  *
577  * @return 1 if the memset call was removed, 0 else.
578  */
579 FIRM_API int i_mapper_memset(ir_node *call, void *ctx);
580
581 /**
582  * A mapper for the strncmp-Function: inttype memcmp(void pointer a, void pointer b, inttype len);
583  *
584  * @return 1 if the strncmp call was removed, 0 else.
585  */
586 FIRM_API int i_mapper_memcmp(ir_node *call, void *ctx);
587
588 /**
589  * A mapper for the alloca() function: pointer alloca(inttype size)
590  * Replaces the call by a Alloca(stack_alloc) node.
591  *
592  * @return always 1
593  */
594 FIRM_API int i_mapper_alloca(ir_node *call, void *ctx);
595
596 /**
597  * A runtime routine description.
598  */
599 typedef struct runtime_rt {
600         ir_entity *ent;            /**< The entity representing the runtime routine. */
601         ir_mode   *mode;           /**< The operation mode of the mapped instruction. */
602         ir_mode   *res_mode;       /**< The result mode of the mapped instruction or NULL. */
603         long      mem_proj_nr;     /**< if >= 0, create a memory ProjM() */
604         long      regular_proj_nr; /**< if >= 0, create a regular ProjX() */
605         long      exc_proj_nr;     /**< if >= 0, create a exception ProjX() */
606         long      exc_mem_proj_nr; /**< if >= 0, create a exception memory ProjM() */
607         long      res_proj_nr;     /**< if >= 0, first result projection number */
608 } runtime_rt;
609
610 /**
611  * A mapper for mapping unsupported instructions to runtime calls.
612  * Maps a op(arg_0, ..., arg_n) into a call to a runtime function
613  * rt(arg_0, ..., arg_n).
614  *
615  * The mapping is only done, if the modes of all arguments matches the
616  * modes of rt's argument.
617  * Further, if op has a memory input, the generated Call uses it, else
618  * it gets a NoMem.
619  * The pinned state of the Call will be set to the pinned state of op.
620  *
621  * Note that i_mapper_RuntimeCall() must be used with a i_instr_record.
622  *
623  * @return 1 if an op was mapped, 0 else
624  *
625  * Some examples:
626  *
627  * - Maps signed Div nodes to calls to rt_Div():
628    @code
629   runtime_rt rt_Div = {
630     ent("int rt_Div(int, int)"),
631     mode_T,
632     mode_Is,
633     pn_Div_M,
634     pn_Div_X_regular,
635     pn_Div_X_except,
636     pn_Div_M,
637     pn_Div_res
638   };
639   i_instr_record map_Div = {
640     INTRINSIC_INSTR,
641     op_Div,
642     i_mapper_RuntimeCall,
643     &rt_Div,
644     NULL
645   };
646   @endcode
647  *
648  * - Maps ConvD(F) to calls to rt_Float2Div():
649   @code
650   runtime_rt rt_Float2Double = {
651     ent("double rt_Float2Div(float)"),
652     get_type_mode("double"),
653     NULL,
654     -1,
655     -1,
656     -1,
657     -1,
658     -1
659   };
660   i_instr_record map_Float2Double = {
661     INTRINSIC_INSTR,
662     op_Conv,
663     i_mapper_RuntimeCall,
664     &rt_Float2Double,
665     NULL
666   };
667   @endcode
668  */
669 FIRM_API int i_mapper_RuntimeCall(ir_node *node, runtime_rt *rt);
670
671 #include "end.h"
672
673 #endif