CVS:
[libfirm] / ir / ir / ircons.h
1 /* Copyright (C) 1998 - 2000 by Universitaet Karlsruhe
2 ** All rights reserved.
3 **
4 ** Authors: Martin Trapp, Christian Schaefer,
5 **          Goetz Lindenmaier
6 **
7 ** ircons.h ir node construction
8 */
9
10
11 /** !!!
12 *** Ideas for imrovement:
13 ***
14  Handle construction of exceptions more comfortable:
15  Add new constructors that pass the exception region (or better the
16  Phi for the memories, the ex. region can be found from there) as parameter,
17  constructor then adds all Proj nodes and returns the pointer
18  to the Proj node that selects the result of the arithmetic operation.
19
20  Maybe hide the exception region in a global variable, especially if
21  it is always unambiguous.
22 **/
23
24 /**
25 ***  IRCONS
26
27   This file documents all datatypes and constructors needed to
28   build a FIRM representation of a pocedure.  The constructors are
29   also implemented in this file.
30
31   The documentation also gives a short manual how to use the library.
32
33   For extensive documentation of FIRM see UKA Techreport 1999-14.
34
35   DATATYPES
36   =========
37
38   The struct ir_graph
39   -------------------
40
41     This struct contains all information about a procedure.
42     It's allocated directly to memory.
43
44     The fields of ir_graph:
45
46     *ent             The entity describing this procedure.
47
48     The beginning and end of a graph:
49
50     *start_block     This ir_node is the block that contains the unique
51                      start node of the procedure.  With it it contains
52                      the Proj's on starts results.
53                      Further all Const nodes are placed in the start block.
54     *start           This ir_node is the unique start node of the procedure.
55
56     *end_block       This ir_node is the block that contains the unique
57                      end node of the procedure.  This block contains no
58                      further nodes.
59     *end             This ir_node is the unique end node of the procedure.
60
61     The following nodes are Projs from the start node, held in ir_graph for
62     simple access:
63
64     *frame           The ir_node producing the pointer to the stack frame of
65                      the procedure as output.  This is the Proj node on the
66                      third output of the start node.  This output of the start
67                      node is tagged as pns_frame_base.  In FIRM most lokal
68                      variables are modeled as data flow edges.  Static
69                      allocated arrays can not be represented as dataflow
70                      edges. Therefore FIRM has to represent them in the stack
71                      frame.
72
73     *globals         This models a pointer to a space in the memory where
74                      _all_ global things are held.  Select from this pointer
75                      with a Sel node the pointer to a global variable /
76                      procedure / compiler known function... .
77
78     *args            The ir_node that produces the arguments of the method as
79                      it's result.  This is a Proj node on the fourth output of
80                      the start node.  This output is tagged as pns_args.
81
82     *bad             The bad node is an auxiliary node. It is needed only once,
83                      so there is this globally reachable node.
84
85     Datastructures that are private to a graph:
86
87     *obst            An obstack that contains all nodes.
88
89     *current_block   A pointer to the current block.  Any node created with
90                      one of the node constructors (new_<opcode>) are assigned
91                      to this block.  It can be set with switch_block(block).
92                      Only needed for ir construction.
93
94     params/n_loc     An int giving the number of local variables in this
95                      procedure.  This is neede for ir construction. Name will
96                      be changed.
97
98     *value_table     This hash table (pset) is used for global value numbering
99                      for optimizing use in iropt.c.
100
101     *Phi_in_stack;   a stack needed for automatic Phi construction, needed only
102                      during ir construction.
103
104     visited          A int used as flag to traverse the ir_graph.
105
106     block_visited    A int used as a flag to traverse block nodes in the graph.
107
108   Three kinds of nodes
109   --------------------
110
111     There are three kinds of nodes known to the ir:  entities,
112     types, and ir_nodes
113
114     + ir_nodes are the actual nodes of the FIRM intermediate representation.
115       They represent operations on the data of the program and control flow
116       operations.
117
118     + entity ==> implemented in entity.h
119       Refers to a single entity of the compiled program, e.g. a field of a
120       class or a method.  If a method or variable can not be assigned to
121       a method or class or the like, it is a global object.
122
123     + types ==> implemented in type.h
124       With types type information is represented.  There are several type
125       nodes.
126
127   Implementation of the FIRM operations: ir_node
128   ----------------------------------------------
129
130     Ir_nodes represent operations on the data of the program and control flow
131     operations.  Examples of ir_nodes:  Add, Jmp, Cmp
132
133     FIRM is a dataflow graph.  A dataflow graph is a directed graph,
134     so that every node has incoming and outgoing edges.  A node is
135     executable if every input at it's incoming edges is available.
136     Execution of the dataflow graph is started at the Start node which
137     has no incoming edges and ends when the End node executes, even if
138     there are still executable or not executed nodes.  (Is this true,
139     or must all executable nodes be executed?)  (There are exceptions
140     to the dataflow paradigma that all inputs have to be available
141     before a node can execute: Phi, Block.  See UKA Techreport
142     1999-14.)
143
144     The implementation of FIRM differs from the view as a dataflow
145     graph.  To allow fast traversion of the graph edges are
146     implemented as C-pointers.  Inputs to nodes are not ambiguous, the
147     results can be used by several other nodes.  Each input can be
148     implemented as a single pointer to a predecessor node, outputs
149     need to be lists of pointers to successors.  Therefore a node
150     contains pointers to it's predecessor so that the implementation is a
151     dataflow graph with reversed edges.  It has to be traversed bottom
152     up.
153
154     All nodes of the ir have the same basic structure.  They are
155     distinguished by a field containing the opcode.
156
157     The fields of an ir_node:
158
159     kind             A firm_kind tag containing k_ir_node.  This is useful for
160                      dynamically checking the type of a node.
161
162     *op              This ir_op gives the opcode as a tag and a string
163                      and the number of attributes of an ir_node.  There is
164                      one statically allocated struct ir_op for each opcode.
165
166     *mode            The ir_mode of the operation represented by this firm
167                      node.  The mode of the operation is the mode of it's
168                      result.  A Firm mode is a datatype as known to the target,
169                      not a type of the source language.
170
171     visit            A flag for traversing the ir.
172
173     **in             An array with pointers to the node's predecessors.
174
175     *link            A pointer to an ir_node.  With this pointer all Phi nodes
176                      are attached to a Block, i.e., a Block points to it's
177                      first Phi node, this node points to the second Phi node
178                      in the Block and so fourth.  Used in mature_block
179                      to find all Phi nodes to be matured.  It's also used to
180                      annotate a node with a better, optimized version of it.
181
182     attr             An attr struct containing the attributes of the nodes. The
183                      attributes depend on the opcode of the node.  The number
184                      of these attributes is given in op.
185
186   The struct ir_op
187   ----------------
188                      Not yet documented. See irop.h.
189
190   The struct ir_mode
191   ------------------
192                      Not yet documented. See irmode.h.
193
194   GLOBAL VARIABLES
195   ================
196
197   current_ir_graph   Points to the current ir_graph.  All constructors for
198                      nodes add nodes to this graph.
199
200   ir_visited         An int used as flag to traverse the ir_graph.
201
202   block_visited      An int used as a flag to traverse block nodes in the
203                      graph.
204
205                      Others not yet documented.
206
207
208
209   CONSTRUCTOR FOR IR_GRAPH
210   ========================
211
212   ir_graph *new_ir_graph (entity *ent, int params);
213   -------------------------------------------------
214
215   This constructor generates the basic infrastructure needed to
216   represent a procedure in FIRM.
217
218   The parameters of new_ir_graph are:
219
220     *ent             A pointer to an entity representing the procedure.
221
222     params           An integer giving the number of local variables in the
223                      procedure.
224
225   It allocates an ir_graph and sets current_ir_graph to point to this
226   graph.  Further it allocates the following nodes needed for every
227   procedure:
228
229   * The start block containing a start node and Proj nodes for it's
230     five results (X, M, P, P, T).
231   * The end block containing an end node. This block is not matured
232     after executing new_ir_graph as predecessors need to be added to it.
233     (Maturing a block means fixing it's number of predecessors.)
234   * The current block, which is empty and also not matured.
235
236   Further it enters the global store into the datastructure of the start
237   block that contanis all valid values in this block (set_store()).  This
238   datastructure is used to build the Phi nodes and removed after completion
239   of the graph.
240   There is no path from end to start in the graph after calling ir_graph.
241
242
243   PROCEDURE TO CONSTRUCT AN IR GRAPH
244   ==================================
245
246   This library supplies several interfaces to construct a FIRM graph for
247   a program:
248   * A "comfortable" interface generating SSA automatically.  Automatically
249     computed predecessors of nodes need not be specified in the constructors.
250     (new_<Node> constructurs and a set of additional routines.)
251   * A less comfortable interface where all predecessors except the block
252     an operation belongs to need to be specified.  SSA must be constructed
253     by hand.  (new_<Node> constructors and switch_block()).  This interface
254     is called "block oriented".  It automatically calles the local optimizations
255     for each new node.
256   * An even less comfortable interface where the block needs to be specified
257     explicitly.  This is called the "raw" interface. (new_r_<Node>
258     constructors).  These nodes are not optimized.
259
260   To use the functionality of the comfortable interface correctly the Front
261   End needs to follow certain protocols.  This is explained in the following.
262   To build a correct IR with the other interfaces study the semantics of
263   the firm node (See tech-reprot UKA 1999-44).  For the construction of
264   types and entities see the documentation in those modules.
265
266   First the Frontend needs to decide which variables and values used in
267   a procedure can be represented by dataflow edges.  These are variables
268   that need not be saved to memory as they cause no side effects visible
269   out of the procedure.  In general these are all compiler generated
270   variables and simple local variables of the procedure as integers,
271   reals and pointers.  The frontend has to count and number these variables.
272
273   First an ir_graph needs to be constructed with new_ir_graph.  The
274   constructor gets the number of local variables.  The graph is hold in the
275   global variable irg.
276
277   Now the construction of the procedure can start.  Several basic blocks can
278   be constructed in parallel, but the code within each block needs to
279   be constructed (almost) in program order.
280
281   A global variable holds the current basic block.  All (non block) nodes
282   generated are added to this block.  The current block can be set with
283   switch_block(block).  If several blocks are constructed in parallel block
284   switches need to be performed constantly.
285
286   To generate a Block node (with the comfortable interface) it's predecessor
287   control flow nodes need not be known.  In case of cyclic control flow these
288   can not be known when the block is constructed.  With add_in_edge(block,
289   cfnode) predecessors can be added to the block.  If all predecessors are
290   added to the block mature_block(b) needs to be called.  Calling mature_block
291   early improves the efficiency of the Phi node construction algorithm.
292   But if several  blocks are constructed at once, mature_block must only
293   be called after performing all set_values and set_stores in the block!
294   (See documentation of new_immBlock constructor.)
295
296   The constructors of arithmetic nodes require that their predecessors
297   are mentioned.  Sometimes these are available in the Frontend as the
298   predecessors have just been generated by the frontend.  If they are local
299   values the predecessors can be obtained from the library with a call to
300   get_value(local_val_nr).  (local_val_nr needs to be administered by
301   the Frontend.)  A call to get_value triggers the generation of Phi nodes.
302   If an arithmetic operation produces a local value this value needs to be
303   passed to the library by set_value(node, local_val_nr).
304   In straight line code these two operations just remember and return the
305   pointer to nodes producing the value.  If the value passes block boundaries
306   Phi nodes can be inserted.
307   Similar routines exist to manage the Memory operands: set_store and
308   get_store.
309
310   Several nodes produce more than one result.  An example is the Div node.
311   Such nodes return tuples of values.  From these individual values can be
312   extracted by proj nodes.
313
314   The following example illustrates the construction of a simple basic block
315   with two predecessors stored in variables cf_pred1 and cf_pred2, containing
316   the code
317     a = a div a;
318   and finally jumping to an other block.  The variable a got the local_val_nr
319   42 by the frontend.
320
321   ir_node *this_block, *cf_pred1, *cf_pred2, *a_val, *mem, *div, *res, *cf_op;
322
323   this_block = new_immBlock();
324   add_in_edge(this_block, cf_pred1);
325   add_in_edge(this_block, cf_pred2);
326   mature_block(this_block);
327   a_val = get_value(17, mode_I);
328   mem = get_store();
329   div = new_Div(mem, a_val, a_val);
330   mem = new_Proj(div, mode_M, 0);   * for the numbers for Proj see docu *
331   res = new_Proj(div, mode_I, 2);
332   set_store(mem);
333   set_value(res, 17);
334   cf_op = new_Jmp();
335
336   For further information look at the documentation of the nodes and
337   constructors and at the paragraph COPING WITH DATA OBJECTS at the
338   end of this documentation.
339
340   The comfortable interface contains the following routines further explained
341   below:
342
343   ir_node *new_immBlock  (void);
344   ir_node *new_Start  (void);
345   ir_node *new_End    (void);
346   ir_node *new_Jmp    (void);
347   ir_node *new_Cond   (ir_node *c);
348   ir_node *new_Return (ir_node *store, int arity, ir_node **in);
349   ir_node *new_Raise  (ir_node *store, ir_node *obj);
350   ir_node *new_Const  (ir_mode *mode, tarval *con);
351   ir_node *new_SymConst (type_or_id *value, symconst_kind kind);
352   ir_node *new_simpleSel (ir_node *store, ir_node *objptr, entity *ent);
353   ir_node *new_Sel    (ir_node *store, ir_node *objptr, int arity,
354                        ir_node **in, entity *ent);
355   ir_node *new_Call   (ir_node *store, ir_node *callee, int arity,
356                        ir_node **in, type_method *type);
357   ir_node *new_Add    (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
358   ir_node *new_Sub    (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
359   ir_node *new_Minus  (ir_node *op,  ir_mode *mode);
360   ir_node *new_Mul    (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
361   ir_node *new_Quot   (ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2);
362   ir_node *new_DivMod (ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2);
363   ir_node *new_Div    (ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2);
364   ir_node *new_Mod    (ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2);
365   ir_node *new_Abs    (ir_node *op,                ir_mode *mode);
366   ir_node *new_And    (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
367   ir_node *new_Or     (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
368   ir_node *new_Eor    (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
369   ir_node *new_Not    (ir_node *op,                ir_mode *mode);
370   ir_node *new_Shl    (ir_node *op,  ir_node *k,   ir_mode *mode);
371   ir_node *new_Shr    (ir_node *op,  ir_node *k,   ir_mode *mode);
372   ir_node *new_Shrs   (ir_node *op,  ir_node *k,   ir_mode *mode);
373   ir_node *new_Rot    (ir_node *op,  ir_node *k,   ir_mode *mode);
374   ir_node *new_Cmp    (ir_node *op1, ir_node *op2);
375   ir_node *new_Conv   (ir_node *op, ir_mode *mode);
376   ir_node *new_Load   (ir_node *store, ir_node *addr);
377   ir_node *new_Store  (ir_node *store, ir_node *addr, ir_node *val);
378   ir_node *new_Alloc  (ir_node *store, ir_node *size, type *alloc_type,
379                        where_alloc where);
380   ir_node *new_Free   (ir_node *store, ir_node *ptr, ir_node *size,
381                      type *free_type);
382   ir_node *new_Proj   (ir_node *arg, ir_mode *mode, long proj);
383
384   void add_in_edge (ir_node *block, ir_node *jmp);
385   void     mature_block (ir_node *block);
386   void switch_block (ir_node *target);
387   ir_node *get_value (int pos, ir_mode *mode);
388   void set_value (int pos, ir_node *value);
389   ir_node *get_store (void);
390   void set_store (ir_node *store);
391
392
393   IR_NODES AND CONSTRUCTORS FOR IR_NODES
394   =======================================
395
396   All ir_nodes are defined by a common data structure.  They are distinguished
397   by their opcode and differ in the number of their attributes.
398
399   The constructor for the block node sets current_block to itself.
400   Const nodes are always added to the start block.
401   All other constructors add the created node to the current_block.
402   swich_block(block) allows to set the current block to block.
403
404   Watch for my inconsistent use of input and predecessor (dataflow view)
405   and `the node points to' (implementation view).
406
407   The following description of the nodes lists four properties them if these
408   are of interest:
409    - the parameters to the constructor
410    - the inputs of the Firm node
411    - the outputs of the Firm node
412    - attributes to the node
413
414   BASIC BLOCKS
415   ------------
416
417   ir_node *new_immBlock (void)
418   ----------------------------
419
420   Creates a new block.  Sets current_block to itself.  When a new block is
421   created it cannot be known how many predecessors this block will have in the
422   control flow graph. Therefore the list of inputs can not be fixed at
423   creation.  Predecessors can be added with add_in_edge (block, control flow
424   operation).  With every added predecessor the number of inputs to Phi nodes
425   also changes.
426
427   The block can be completed by mature_block(block) if all predecessors are
428   known.  If several blocks are built at once, mature_block can only be called
429   after set_value has been called for all values that are life at the end
430   of the block.  This is necessary so that Phi nodes created by mature_block
431   get the right predecessors in case of cyclic dependencies.  If all set_values
432   of this block are called after maturing it and before calling get_value
433   in some block that is control flow dependent on this block, the construction
434   is correct.
435
436   Example for faulty ir construction:  (draw the graph on a paper and you'll
437                                         get it ;-)
438
439     block_before_loop = new_block();
440     set_value(x);
441     mature_block(block_before_loop);
442     before2header = new_Jmp;
443
444     loop_header = new_block ();
445     header2body - new_Jmp();
446
447     loop_body = new_block ();
448     body2header = new_Jmp();
449
450     add_in_edge(loop_header, before2header);
451     add_in_edge(loop_header, body2header);
452     add_in_edge(loop_body, header2body);
453
454     mature_block(loop_header);
455     mature_block(loop_body);
456
457     get_value(loop_body, x);   // gets the Phi in loop_header
458     set_value(loop_header, x); // sets the value the above get_value should
459     // have returned!!!
460
461   Mature_block also fixes the number of inputs to the Phi nodes.  Mature_block
462   should be called as early as possible, as afterwards the generation of Phi
463   nodes is more efficient.
464
465   Inputs:
466     There is an input for each control flow predecessor of the block.
467     The input points to an instruction producing an output of type X.
468     Possible predecessors:  Start, Jmp, Cond, Raise or Return or any node
469     possibly causing an exception.  (Often the real predecessors are Projs.)
470   Output:
471     Mode BB (R), all nodes belonging to this block should consume this output.
472     As they are strict (except Block and Phi node) it is a necessary condition
473     that the block node executed before any other node in this block executes.
474   Attributes:
475     block.matured  Indicates whether the block is mature.
476     block.**graph_arr
477                     This attribute contains all local values valid in this
478                     block. This is needed to build the Phi nodes and removed
479                     if the graph is complete.  This field is used by the
480                     internal construction algorithm and should not be accessed
481                     from outside.
482
483
484   ir_node *new_Block (int arity, ir_node **in)
485   --------------------------------------------
486
487   Creates a new Block with the given list of predecessors.  This block
488   is mature.
489
490
491   CONTROL FLOW OPERATIONS
492   -----------------------
493
494   In each block there must be exactly one of the control flow
495   operations Start, End, Jmp, Cond, Return or Raise.  The output of a
496   control flow operation points to the block to be executed next.
497
498   ir_node *new_Start (void)
499   -------------------------
500
501   Creates a start node.  Not actually needed public.  There is only one such
502   node in each procedure which is automatically created by new_ir_graph.
503
504   Inputs:
505     No inputs except the block it belogns to.
506   Output:
507     A tuple of 4 (5, 6) distinct values. These are labeled by the following
508     projection numbers (pns_number):
509     * pns_initial_exec
510                      mode X, points to the first block to be executed.
511     * pns_global_store
512                      mode M, the global store
513     * pns_frame_base mode P, a pointer to the base of the procedures
514                              stack frame.
515     * pns_globals    mode P, a pointer to the part of the memory containing
516                              _all_ global things.
517     * pns_args       mode T, a tuple containing all arguments of the procedure.
518
519
520   ir_node *new_End (void)
521   -----------------------
522
523   Creates an end node.  Not actually needed public.  There is only one such
524   node in each procedure which is automatically created by new_ir_graph.
525
526   Inputs:
527     No inputs except the block it belongs to.
528   Output:
529     No output.
530
531   ir_node *new_Jmp (void)
532   -----------------------
533
534   Creates a Jmp node.
535
536   Inputs:
537     The block the node belongs to
538   Output:
539     Control flow to the next block.
540
541   ir_node *new_Cond (ir_node *c)
542   ------------------------------
543
544   Creates a Cond node.  There are two versions of this node.
545
546   The Boolean Cond:
547   Input:
548     A value of mode b.
549   Output:
550     A tuple of two control flows.  The first is taken if the input is
551     false, the second if it is true.
552
553   The Switch Cond:
554   Input:
555     A value of mode I_u. (i)
556   Output:
557     A tuple of n control flows.  If the Cond's input is i, control
558     flow will procede along output i. If the input is >= n control
559     flow proceeds along output n.
560
561   ir_node *new_Return (in_node *store, int arity, ir_node **in)
562   -------------------------------------------------------------
563
564   The return node has as inputs the results of the procedure.  It
565   passes the control flow to the end_block.
566
567   Inputs:
568     The memory state.
569     All results.
570   Output
571     Control flow to the end block.
572
573   ir_node *new_Raise (ir_node *store, ir_node *obj)
574   -------------------------------------------------
575
576   Raises an exception.  Unconditional change of control flow.  Writes
577   an explicit Except variable to memory to pass it to the exception
578   handler.  See TechReport 1999-14, chapter Exceptions.
579
580   Inputs:
581     The memory state.
582     A pointer to the Except variable.
583   Output:
584     A tuple of control flow and the changed memory state.  The control flow
585     points to the exception handler if it is definied in this procedure,
586     else it points to the end_block.
587
588
589   CONSTANTS
590   ---------
591
592   ir_node *new_Const (ir_mode *mode, tarval *con)
593   -----------------------------------------------
594
595   Creates a constant in the constant table and adds a Const node
596   returning this value to the start block.
597
598   Parameters:
599     *mode            The mode of the constant.
600     *con             Points to an entry in the constant table.
601                      This pointer is added to the attributes of
602                      the node (self->attr.con)
603   Inputs:
604     No inputs except the block it belogns to.
605   Output:
606     The constant value.
607   Attribute:
608     attr.con   A tarval* pointer to the proper entry in the constant
609                table.
610
611   ir_node *new_SymConst (type *type, symconst_kind kind)
612   ------------------------------------------------------------
613
614   There are three kinds of symbolic constants:
615     type_tag  The symbolic constant represents a type tag.
616     size      The symbolic constant represents the size of a class.
617     link_info Information for the linker, e.g. the name of a global
618               variable.
619
620   Parameters
621     kind        The kind of the symbolic constant: type_tag, size or link_info.
622     *type_or_id Points to the type the tag stands for or to the type
623                 whose size is represented by the constant or to an ident
624                 representing the linkage info.
625
626   Inputs:
627     No inputs except the block it belogns to.
628   Output:
629     An unsigned integer (I_u) or a pointer (P).
630
631   Attributes:
632     attr.i.num       The symconst_kind, i.e. one of
633                       - type_tag
634                       - size
635                       - linkage_ptr_info
636       If the attr.i.num is type_tag or size, the node contains an attribute
637     attr.i.*type,    a pointer to a type_class.  The mode of the node is mode_i.
638       if it is linkage_ptr_info it contains
639     attr.i.*ptrinfo,  an ident holding information for the linker.  The mode
640       of the node is mode_p.
641
642   THE SELECT NODE
643   ---------------
644
645   ir_node *new_simpleSel (ir_node *store, ir_node *frame, entity *sel)
646   --------------------------------------------------------------------
647
648
649   Selects an entity from a compound type. This entity can be a field or
650   a method.
651
652   Parameters:
653     *store     The memory in which the object the entity should be selected
654                from is allocated.
655     *frame     The pointer to the object.
656     *sel       The entity to select.
657
658   Inputs:
659     The memory containing the object.
660     A pointer to the object.
661     An unsigned integer.
662   Output:
663     A pointer to the selected entity.
664   Attributes:
665     attr.sel   Pointer to the entity
666
667
668   ir_node *new_Sel (ir_node *store, ir_node *frame, int arity, ir_node **in,
669   --------------------------------------------------------------------------
670                     entity *sel)
671                     ------------
672
673   Selects a field from an array type.  The entity has as owner the array, as
674   type the arrays element type.  The indexes to access an array element are
675   given also.
676
677   Parameters:
678     *store     The memory in which the object the entity should be selected from
679                is allocated.
680     *frame     The pointer to the object.
681     *arity     number of array indexes.
682     *in        array with index inputs to the node.
683     *sel       The entity to select.
684
685   Inputs:
686     The memory containing the object.
687     A pointer to the object.
688     As much unsigned integer as there are array expressions.
689   Output:
690     A pointer to the selected entity.
691   Attributes:
692     attr.sel   Pointer to the entity
693
694   The constructors new_Sel and new_simpleSel generate the same ir nodes.
695   simpleSel just sets the arity of the index inputs to zero.
696
697
698   ARITHMETIC OPERATIONS
699   ---------------------
700
701   ir_node *new_Call (ir_node *store, ir_node *callee, int arity, ir_node **in,
702   ----------------------------------------------------------------------------
703                      type_method *type)
704                      ------------------
705
706   Creates a procedure call.
707
708   Parameters
709     *store           The actual store.
710     *callee          A pointer to the called procedure.
711     arity            The number of procedure parameters.
712     **in             An array with the pointers to the parameters.
713                      The constructor copies this array.
714     *type            Type information of the procedure called.
715
716   Inputs:
717     The store, the callee and the parameters.
718   Output:
719     A tuple containing the eventually changed store and the procedure
720     results.
721   Attributes:
722     attr.call        Contains the type information for the procedure.
723
724   ir_node *new_Add (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode)
725   ------------------------------------------------------------
726
727   Trivial.
728
729   ir_node *new_Sub (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode)
730   ------------------------------------------------------------
731
732   Trivial.
733
734   ir_node *new_Minus (ir_node *op, ir_mode *mode)
735   -----------------------------------------------
736
737   This constructor is for unary Minus operations on floating point
738   values.  Such a Minus can trap if it is implemented as a Sub from
739   zero due to rounding errors.
740
741   ir_node *new_Mul (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode)
742   ------------------------------------------------------------
743
744   Trivial.
745
746   ir_node *new_Quot (ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2)
747   --------------------------------------------------------------
748
749   Quot performs exact division of floating point numbers.  It's mode
750   is Tuple, the mode of the result must be annotated to the Proj
751   that extracts the result of the arithmetic operations.
752
753   Inputs:
754     The store needed to model exceptions and the two operands.
755   Output:
756     A tuple contaning a memory and a execution for modeling exceptions
757     and the result of the arithmetic operation.
758
759   ir_node *new_DivMod (ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2)
760   ----------------------------------------------------------------
761
762   Performs Div and Mod on interger values.
763
764   Output:
765     A tuple contaning a memory and a execution for modeling exceptions
766     and the two result of the arithmetic operations.
767
768   ir_node *new_Div (ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2)
769   -------------------------------------------------------------
770
771   Trivial.
772
773   ir_node *new_Mod (ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2)
774   -------------------------------------------------------------
775
776   Trivial.
777
778   ir_node *new_Abs (ir_node *op, ir_mode *mode)
779   ---------------------------------------------
780
781   Trivial.
782
783   ir_node *new_And (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode)
784   ------------------------------------------------------------
785
786   Trivial.
787
788   ir_node *new_Or (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode)
789   -----------------------------------------------------------
790
791   Trivial.
792
793   ir_node *new_Eor (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode)
794   ------------------------------------------------------------
795
796   Trivial.
797
798   ir_node *new_Not (ir_node *op, ir_mode *mode)
799   ---------------------------------------------
800
801   This node constructs a constant where all bits are set to one
802   and a Eor of this constant and the operator.  This simulates a
803   Not operation.
804
805   ir_node *new_Shl (ir_node *op, ir_node *k, ir_mode *mode)
806   ---------------------------------------------------------
807
808   Trivial.
809
810   ir_node *new_Shr (ir_node *op, ir_node *k, ir_mode *mode)
811   ---------------------------------------------------------
812
813   Logic shift right, i.e., zero extended.
814
815
816   ir_node *new_Shrs (ir_node *op, ir_node *k, ir_mode *mode)
817   ----------------------------------------------------------
818
819   Arithmetic shift right, i.e., sign extended.
820
821   ir_node *new_Rot (ir_node *op, ir_node *k, ir_mode *mode)
822   ---------------------------------------------------------
823
824   Rotates the operand to the (right??) by k bits.
825
826   ir_node *new_Conv (ir_node *op, ir_mode *mode)
827   ---------------------------------------------
828
829   Mode conversion.  For allowed conversions see UKA Tech Report
830   1999-14.
831
832   ir_node *new_Cmp (ir_node *op1, ir_node *op2)
833   ---------------------------------------------
834
835   Input:
836     The two values to be compared.
837   Output:
838     A 16-tuple containing the results of the 16 different comparisons.
839     The following is a list giving the comparisons and a projection
840     number (pnc_number) to use in Proj nodes to extract the proper result.
841       False     false
842       Eq        equal
843       Lt        less
844       Le        less or equal
845       Gt        greater
846       Ge        greater of equal
847       Lg        less or greater
848       Leg       less, equal or greater = ordered
849       Uo        unordered
850       Ue        unordered or equal
851       Ul        unordered or less
852       Ule       unordered, less or equal
853       Ug        unordered or greater
854       Uge       unordered, greater or equal
855       Ne        unordered, less or greater = not equal
856       True      true
857
858
859
860   THE PHI NODE
861   ------------
862
863   In general, Phi nodes are automaitcally inserted.  In some cases, if
864   all predecessors of a block are known, an explicit Phi node constructor
865   is needed.  E.g., to construct a FIRM graph for a statement as
866     a = (b==c) ? 2 : 5;
867
868   ir_node *new_Phi (int arity, ir_node **in, ir_mode *mode)
869   ---------------------------------------------------------
870
871   Creates a Phi node. The in's order has to correspond to the order
872   of in's of current_block.  This is not checked by the library!
873
874   Parameter
875     arity            number of predecessors
876     **in             array with predecessors
877     *mode            The mode of it's inputs and output.
878   Inputs:
879     A Phi node has as many inputs as the block it belongs to.
880     Each input points to a definition of the same value on a
881     different path in the control flow.
882   Output
883     The definition valid in this block.
884
885
886   OPERATIONS TO MANAGE MEMORY EXPLICITLY
887   --------------------------------------
888
889   ir_node *new_Load (ir_node *store, ir_node *addr)
890   ----------------------------------------------------------------
891
892   The Load operation reads a value from memory.
893
894   Parameters:
895   *store        The current memory.
896   *addr         A pointer to the variable to be read in this memory.
897
898   Inputs:
899     The memory and a pointer to a variable in this memory.
900   Output:
901     A tuple of the memory, a control flow to be taken in case of
902     an exception and the loaded value.
903
904   ir_node *new_Store (ir_node *store, ir_node *addr, ir_node *val)
905   ----------------------------------------------------------------
906
907   The Store operation writes a value to a variable in memory.
908
909   Inputs:
910     The memory, a pointer to a variable in this memory and the value
911     to write to this variable.
912   Output:
913     A tuple of the changed memory and a control flow to be taken in
914     case of an exception.
915
916   ir_node *new_Alloc (ir_node *store, ir_node *size, type *alloc_type,
917   --------------------------------------------------------------------
918                       where_alloc where)
919                       ------------------
920
921   The Alloc node allocates a new variable.  It can be specified whether the
922   variable should be allocated to the stack or to the heap.
923
924   Parameters:
925     *store       The memory which shall contain the new variable.
926     **    *size        The number of bytes to allocate. Old. **
927     *size        We decided that the size easily can be derived from the type.
928                  This field is for allocating arrays, i.e., it gives the multiple
929                  of the size of alloc_type to allocate memory for.
930     *alloc_type  The type of the allocated variable.
931     where        Where to allocate the variable, either heap_alloc or stack_alloc.
932
933   Inputs:
934     A memory and an unsigned integer.
935   Output:
936     A tuple of the changed memory, a control flow to be taken in
937     case of an exception and the pointer to the new variable.
938   Attributes:
939     a.where          Indicates where the variable is allocated.
940     a.*type          A pointer to the class the allocated data object
941                      belongs to.
942
943   ir_node *new_Free (ir_node *store, ir_node *ptr, type *free_type)
944   ------------------------------------------------------------------
945
946   The Free node frees memory of the given variable.
947
948   Parameters:
949     *store       The memory which shall contain the new variable.
950     *ptr         The pointer to the object to free.
951     *size        The number of objects of type free_type to free in a sequence.
952     *free_type   The type of the freed variable.
953
954   Inputs:
955     A memory, a pointer and an unsigned integer.
956   Output:
957     The changed memory.
958   Attributes:
959     f.*type          A pointer to the type information of the freed data object.
960
961   Not Implemented!
962
963   ir_node *new_Sync (int arity, ir_node **in)
964   -------------------------------------------
965
966   The Sync operation unifies several partial memory blocks.  These blocks
967   have to be pairwise disjunct or the values in common locations have to
968   be identical.  This operation allows to specify all operations that eventually
969   need several partial memory blocks as input with a single entrance by
970   unifying the memories with a preceding Sync operation.
971
972   Parameters
973     arity    The number of memories to syncronize.
974     **in     An array of pointers to nodes that produce an output of
975              type memory.
976   Inputs
977     Several memories.
978   Output
979     The unified memory.
980
981
982   SPECIAL OPERATIONS
983   ------------------
984
985   ir_node *new_Bad (void)
986   -----------------------
987
988   Returns the unique Bad node current_ir_graph->bad.
989   This node is used to express results of dead code elimination.
990
991   ir_node *new_Proj (ir_node *arg, ir_mode *mode, long proj)
992   ----------------------------------------------------------
993
994   Selects one entry of a tuple.  This is a hidden `fat edge'.
995
996   Parameters
997     *arg      A node producing a tuple.
998     *mode     The mode of the value to project.
999     proj      The position of the value in the tuple.
1000   Input:
1001     The tuple.
1002   Output:
1003     The value.
1004
1005   ir_node *new_Tuple (int arity, ir_node **in)
1006   --------------------------------------------
1007
1008   Builds a Tuple from single values.  This is needed to implement
1009   optimizations that remove a node that produced a tuple.  The node can be
1010   replaced by the Tuple operation so that the following Proj nodes have not to
1011   be changed.  (They are hard to find due to the implementation with pointers
1012   in only one direction.)  The Tuple node is smaller than any other
1013   node, so that a node can be changed into a Tuple by just changing it's
1014   opcode and giving it a new in array.
1015
1016   Parameters
1017     arity    The number of tuple elements.
1018     **in     An array containing pointers to the nodes producing the
1019              tuple elements.
1020
1021   ir_node *new_Id (ir_node *val, ir_mode *mode)
1022   ---------------------------------------------
1023
1024   The single output of the Id operation is it's input.  Also needed
1025   for optimizations.
1026
1027
1028   COPING WITH DATA OBJECTS
1029   ========================
1030
1031   Two kinds of data objects have to be distinguished for generating
1032   FIRM.  First there are local variables other than arrays that are
1033   known to be alias free.  Second there are all other data objects.
1034   For the first a common SSA representation is built, the second
1035   are modeled by saving them to memory.  The memory is treated as
1036   a single local variable, the alias problem is hidden in the
1037   content of this variable.
1038
1039   All values known in a Block are listed in the block's attribute,
1040   block.**graph_arr which is used to automatically insert Phi nodes.
1041   The following two funcions can be used to add a newly computed value
1042   to the array, or to get the producer of a value, i.e., the current
1043   live value.
1044
1045   inline void set_value (int pos, ir_node *value)
1046   -----------------------------------------------
1047
1048   Has to be called for every assignment to a local variable.  It
1049   adds the value to the array of used values at position pos.  Pos
1050   has to be a unique identifier for an entry in the procedure's
1051   definition table.  It can be used to access the value again.
1052
1053   ir_node *get_value (int pos, ir_mode *mode)
1054   -------------------------------------------
1055
1056   Returns the node defining the value referred to by pos. If the
1057   value is not defined in this block a Phi node is generated and
1058   all definitions reaching this Phi node are collected.  It can
1059   happen that the algorithm allocates an unnecessary Phi node,
1060   e.g. if there is only one definition of this value, but this
1061   definition reaches the currend block on several different
1062   paths.  This Phi node will be eliminated if optimizations are
1063   turned on right after it's creation.
1064
1065
1066   There are two special routines for the global store:
1067
1068   inline void set_store (ir_node *store)
1069   --------------------------------------
1070
1071   Adds the store to the array of known values at a reserved
1072   position.
1073
1074   inline ir_node *get_store (void)
1075   --------------------------------
1076
1077   Returns the node defining the actual store.
1078
1079 **/
1080
1081
1082 # ifndef _IRCONS_H_
1083 # define _IRCONS_H_
1084
1085 # include "common.h"
1086 # include "irgraph.h"
1087 # include "irnode.h"
1088 # include "irmode.h"
1089 # include "entity.h"
1090 # include "tv.h"
1091 # include "type.h"
1092
1093 /***************************************************************************/
1094 /* The raw interface                                                       */
1095 /***************************************************************************/
1096
1097 /* Constructs a Block with a fixed number of predecessors.
1098    Does not set current_block.  Can not be used with automatic
1099    Phi node construction. */
1100 ir_node *new_r_Block  (ir_graph *irg,  int arity, ir_node **in);
1101 ir_node *new_r_Start  (ir_graph *irg, ir_node *block);
1102 ir_node *new_r_End    (ir_graph *irg, ir_node *block);
1103 ir_node *new_r_Jmp    (ir_graph *irg, ir_node *block);
1104 ir_node *new_r_Cond   (ir_graph *irg, ir_node *block, ir_node *c);
1105 ir_node *new_r_Return (ir_graph *irg, ir_node *block,
1106                        ir_node *store, int arity, ir_node **in);
1107 ir_node *new_r_Raise  (ir_graph *irg, ir_node *block,
1108                        ir_node *store, ir_node *obj);
1109 ir_node *new_r_Const  (ir_graph *irg, ir_node *block,
1110                        ir_mode *mode, tarval *con);
1111 ir_node *new_r_SymConst (ir_graph *irg, ir_node *block,
1112                        type_or_id_p value, symconst_kind symkind);
1113 ir_node *new_r_Sel    (ir_graph *irg, ir_node *block, ir_node *store,
1114                        ir_node *objptr, int n_index, ir_node **index,
1115                        entity *ent);
1116 ir_node *new_r_Call   (ir_graph *irg, ir_node *block, ir_node *store,
1117                        ir_node *callee, int arity, ir_node **in,
1118                        type_method *type);
1119 ir_node *new_r_Add    (ir_graph *irg, ir_node *block,
1120                        ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
1121 ir_node *new_r_Sub    (ir_graph *irg, ir_node *block,
1122                        ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
1123 ir_node *new_r_Minus  (ir_graph *irg, ir_node *block,
1124                        ir_node *op,  ir_mode *mode);
1125 ir_node *new_r_Mul    (ir_graph *irg, ir_node *block,
1126                        ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
1127 ir_node *new_r_Quot   (ir_graph *irg, ir_node *block,
1128                        ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2);
1129 ir_node *new_r_DivMod (ir_graph *irg, ir_node *block,
1130                        ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2);
1131 ir_node *new_r_Div    (ir_graph *irg, ir_node *block,
1132                        ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2);
1133 ir_node *new_r_Mod    (ir_graph *irg, ir_node *block,
1134                        ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2);
1135 ir_node *new_r_Abs    (ir_graph *irg, ir_node *block,
1136                        ir_node *op, ir_mode *mode);
1137 ir_node *new_r_And    (ir_graph *irg, ir_node *block,
1138                        ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
1139 ir_node *new_r_Or     (ir_graph *irg, ir_node *block,
1140                        ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
1141 ir_node *new_r_Eor    (ir_graph *irg, ir_node *block,
1142                        ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
1143 ir_node *new_r_Not    (ir_graph *irg, ir_node *block,
1144                        ir_node *op, ir_mode *mode);
1145 ir_node *new_r_Cmp    (ir_graph *irg, ir_node *block,
1146                        ir_node *op1, ir_node *op2);
1147 ir_node *new_r_Shl    (ir_graph *irg, ir_node *block,
1148                        ir_node *op, ir_node *k, ir_mode *mode);
1149 ir_node *new_r_Shr    (ir_graph *irg, ir_node *block,
1150                        ir_node *op, ir_node *k, ir_mode *mode);
1151 ir_node *new_r_Shrs   (ir_graph *irg, ir_node *block,
1152                        ir_node *op, ir_node *k, ir_mode *mode);
1153 ir_node *new_r_Rot    (ir_graph *irg, ir_node *block,
1154                        ir_node *op, ir_node *k, ir_mode *mode);
1155 ir_node *new_r_Conv   (ir_graph *irg, ir_node *block,
1156                        ir_node *op, ir_mode *mode);
1157 ir_node *new_r_Phi    (ir_graph *irg, ir_node *block, int arity,
1158                        ir_node **in, ir_mode *mode);
1159 ir_node *new_r_Load   (ir_graph *irg, ir_node *block,
1160                        ir_node *store, ir_node *adr);
1161 ir_node *new_r_Store  (ir_graph *irg, ir_node *block,
1162                        ir_node *store, ir_node *adr, ir_node *val);
1163 ir_node *new_r_Alloc  (ir_graph *irg, ir_node *block, ir_node *store,
1164                        ir_node *size, type *alloc_type, where_alloc where);
1165 ir_node *new_r_Free   (ir_graph *irg, ir_node *block, ir_node *store,
1166                        ir_node *ptr, ir_node *size, type *free_type);
1167 ir_node *new_r_Sync   (ir_graph *irg, ir_node *block, int arity, ir_node **in);
1168 ir_node *new_r_Proj   (ir_graph *irg, ir_node *block, ir_node *arg,
1169                        ir_mode *mode, long proj);
1170 ir_node *new_r_Tuple  (ir_graph *irg, ir_node *block,
1171                        int arity, ir_node **in);
1172 ir_node *new_r_Id     (ir_graph *irg, ir_node *block,
1173                        ir_node *val, ir_mode *mode);
1174 ir_node *new_r_Bad    ();
1175
1176
1177 /*************************************************************************/
1178 /* The block oriented interface                                          */
1179 /*************************************************************************/
1180
1181 /* Sets the current block in which the following constructors place the
1182    nodes they construct. */
1183 void switch_block (ir_node *target);
1184
1185 /* Constructs a Block with a fixed number of predecessors.
1186    Does set current_block.  Can be used with automatic Phi
1187    node construction. */
1188 ir_node *new_Block(int arity, ir_node **in);
1189 ir_node *new_Start  (void);
1190 ir_node *new_End    (void);
1191 ir_node *new_Jmp    (void);
1192 ir_node *new_Cond   (ir_node *c);
1193 ir_node *new_Return (ir_node *store, int arity, ir_node **in);
1194 ir_node *new_Raise  (ir_node *store, ir_node *obj);
1195 ir_node *new_Const  (ir_mode *mode, tarval *con);
1196 ir_node *new_SymConst (type_or_id_p value, symconst_kind kind);
1197 ir_node *new_simpleSel (ir_node *store, ir_node *objptr, entity *ent);
1198 ir_node *new_Sel    (ir_node *store, ir_node *objptr, int arity, ir_node **in,
1199                      entity *ent);
1200 ir_node *new_Call   (ir_node *store, ir_node *callee, int arity, ir_node **in,
1201                      type_method *type);
1202 ir_node *new_Add    (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
1203 ir_node *new_Sub    (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
1204 ir_node *new_Minus  (ir_node *op,  ir_mode *mode);
1205 ir_node *new_Mul    (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
1206 ir_node *new_Quot   (ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2);
1207 ir_node *new_DivMod (ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2);
1208 ir_node *new_Div    (ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2);
1209 ir_node *new_Mod    (ir_node *memop, ir_node *op1, ir_node *op2);
1210 ir_node *new_Abs    (ir_node *op,                ir_mode *mode);
1211 ir_node *new_And    (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
1212 ir_node *new_Or     (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
1213 ir_node *new_Eor    (ir_node *op1, ir_node *op2, ir_mode *mode);
1214 ir_node *new_Not    (ir_node *op,                ir_mode *mode);
1215 ir_node *new_Shl    (ir_node *op,  ir_node *k,   ir_mode *mode);
1216 ir_node *new_Shr    (ir_node *op,  ir_node *k,   ir_mode *mode);
1217 ir_node *new_Shrs   (ir_node *op,  ir_node *k,   ir_mode *mode);
1218 ir_node *new_Rot    (ir_node *op,  ir_node *k,   ir_mode *mode);
1219 ir_node *new_Cmp    (ir_node *op1, ir_node *op2);
1220 ir_node *new_Conv   (ir_node *op, ir_mode *mode);
1221 ir_node *new_Phi    (int arity, ir_node **in, ir_mode *mode);
1222 ir_node *new_Load   (ir_node *store, ir_node *addr);
1223 ir_node *new_Store  (ir_node *store, ir_node *addr, ir_node *val);
1224 ir_node *new_Alloc  (ir_node *store, ir_node *size, type *alloc_type,
1225                      where_alloc where);
1226 ir_node *new_Free   (ir_node *store, ir_node *ptr, ir_node *size,
1227                      type *free_type);
1228 ir_node *new_Sync   (int arity, ir_node **in);
1229 ir_node *new_Proj   (ir_node *arg, ir_mode *mode, long proj);
1230 ir_node *new_Tuple  (int arity, ir_node **in);
1231 ir_node *new_Id     (ir_node *val, ir_mode *mode);
1232 ir_node *new_Bad    (void);
1233
1234 /***********************************************************************/
1235 /* The comfortable interface.                                          */
1236 /* Supports automatic Phi node construction.                           */
1237 /* All routines of the block oriented interface except new_Block are   */
1238 /* needed also.                                                        */
1239 /***********************************************************************/
1240
1241 /** Block construction **/
1242 /* immature Block without predecessors */
1243 ir_node *new_immBlock (void);
1244
1245 /* Add a control flow edge to an immature block. */
1246 void add_in_edge (ir_node *immblock, ir_node *jmp);
1247
1248 /* fixes the number of predecessors of a block. */
1249 void mature_block (ir_node *block);
1250
1251 /** Parameter administration **/
1252 /* Read a value from the array with the local variables.  Use this
1253    function to obtain the last definition of the value associated with
1254    pos.  Pos may not exceed the value passed as n_loc to new_ir_graph. */
1255 ir_node *get_value (int pos, ir_mode *mode);
1256
1257 /* Write a value in the array with the local variables. Use this function
1258    to remember a new definition of the value associated with pos. Pos may
1259    not exceed the value passed as n_loc to new_ir_graph. */
1260 void set_value (int pos, ir_node *value);
1261
1262 /* Read a store.
1263    Use this function to get the most recent version of the store (type M).
1264    Internally it does the same as get_value. */
1265 ir_node *get_store (void);
1266
1267 /* Write a store. */
1268 void set_store (ir_node *store);
1269
1270 /***********************************************************************/
1271 /* initialize ir construction                                          */
1272 /***********************************************************************/
1273 void init_cons (void);
1274
1275
1276 # endif /* _IRCONS_H_ */