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