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[libfirm] / ir / ir / irgraph.h
1 /*
2  * Copyright (C) 1995-2007 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.
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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  * Project:     libFIRM
22  * File name:   ir/ir/irgraph.c
23  * Purpose:     Entry point to the representation of procedure code.
24  * Author:      Martin Trapp, Christian Schaefer
25  * Modified by: Goetz Lindenmaier
26  * Created:
27  * CVS-ID:      $Id$
28  * Copyright:   (c) 1998-2003 Universität Karlsruhe
29  */
30
31 /**
32  * @file irgraph.h
33  *
34  * ir graph construction.
35  *
36  * @author Martin Trapp, Christian Schaefer
37  */
38 #ifndef _FIRM_IR_IRGRAPH_H_
39 #define _FIRM_IR_IRGRAPH_H_
40
41 #include <stddef.h>
42
43 #include "firm_types.h"
44 #include "irop.h"
45 #include "iropt.h"
46 #include "irextbb.h"
47 #include "type.h"
48
49 /**
50  * @page ir_graph   The struct ir_graph
51  *
52  * This struct contains all information about a procedure.
53  * It's allocated directly to memory.
54  *
55  * The fields of ir_graph:
56  *
57  * - ent             The entity describing this procedure.
58  *
59  * The beginning and end of a graph:
60  *
61  * - start_block     This ir_node is the block that contains the unique
62  *                   start node of the procedure.  With it it contains
63  *                   the Proj's on starts results.
64  *                   Further all Const nodes are placed in the start block.
65  * - start           This ir_node is the unique start node of the procedure.
66  *
67  * - end_block       This ir_node is the block that contains the unique
68  *                   end node of the procedure.  This block contains no
69  *                   further nodes.
70  * - end             This ir_node is the unique end node of the procedure.
71  *
72  * The following nodes are Projs from the Start node, held in ir_graph for
73  * simple access:
74  *
75  * - frame           The ir_node producing the pointer to the stack frame of
76  *                   the procedure as output.  This is the Proj node on the
77  *                   third output of the start node.  This output of the start
78  *                   node is tagged as pns_frame_base.  In FIRM most local
79  *                   variables are modeled as data flow edges.  Static
80  *                   allocated arrays can not be represented as data flow
81  *                   edges. Therefore FIRM has to represent them in the stack
82  *                   frame.
83  *
84  * - globals         This models a pointer to a space in the memory where
85  *                   _all_ global things are held.  Select from this pointer
86  *                   with a Sel node the pointer to a global variable /
87  *                   procedure / compiler known function... .
88  *
89  * - tls             This models a pointer to a space in the memory where
90  *                   thread local things are held.  Select from this pointer
91  *                   with a Sel node the pointer to a thread local variable.
92  *
93  * - args            The ir_node that produces the arguments of the method as
94  *                   it's result.  This is a Proj node on the fourth output of
95  *                   the start node.  This output is tagged as pn_Start_T_args.
96  *
97  * - proj_args       The proj nodes of the args node.
98  *
99  * - bad             The Bad node is an auxiliary node. It is needed only once,
100  *                   so there is this globally reachable node.
101  *
102  * - no_mem          The NoMem node is an auxiliary node. It is needed only once,
103  *                   so there is this globally reachable node.
104  *
105  * Data structures that are private to a graph:
106  *
107  * - obst            An obstack that contains all nodes.
108  *
109  * - current_block   A pointer to the current block.  Any node created with
110  *                   one of the node constructors (new_<opcode>) are assigned
111  *                   to this block.  It can be set with set_cur_block(block).
112  *                   Only needed for ir construction.
113  *
114  * - params/n_loc    An int giving the number of local variables in this
115  *                  procedure.  This is needed for ir construction. Name will
116  *                   be changed.
117  *
118  * - value_table     This hash table (pset) is used for global value numbering
119  *                   for optimizing use in iropt.c.
120  *
121  * - Phi_in_stack;   a stack needed for automatic Phi construction, needed only
122  *                   during ir construction.
123  *
124  * - visited         A int used as flag to traverse the ir_graph.
125  *
126  * - block_visited    A int used as a flag to traverse block nodes in the graph.
127  */
128
129 /** Global variable holding the current ir graph.
130  *
131  *  This global variable is used by the ir construction
132  *  interface in ircons and by the optimizations.
133  *  Further it is set by all walker functions.
134  */
135 extern ir_graph *current_ir_graph;
136
137 ir_graph *get_current_ir_graph(void);
138 void      set_current_ir_graph(ir_graph *graph);
139
140 /** This flag indicate the current view. The behavior of some methods
141  * (get_irn_*, set_irn_*) is influenced by this flag. */
142 int get_interprocedural_view(void);
143 void set_interprocedural_view(int state);
144
145 /**
146  * Create a new ir graph to build ir for a procedure.
147  *
148  * @param ent    A pointer to an entity representing the procedure,
149  *               i.e., the type of the entity must be of a method type.
150  *
151  * @param n_loc  The number of local variables in this procedure including
152  *               the procedure parameters.
153  *
154  * This constructor generates the basic infrastructure needed to
155  * represent a procedure in FIRM.
156  *
157  * It allocates an ir_graph and sets the field irg of the entity ent
158  * as well as current_ir_graph to point to this graph.
159  * Further it allocates the following nodes needed for every
160  * procedure:
161  *
162  * - The start block containing a start node and Proj nodes for it's
163  *   seven results (X, M, P, P, P, T, P).
164  * - The end block containing an end node. This block is not matured
165  *   after executing new_ir_graph() as predecessors need to be added to it.
166  *   (Maturing a block means fixing it's number of predecessors.)
167  * - The current block, which is empty and also not matured.
168  *
169  * Further it enters the global store into the data structure of the start
170  * block that contains all valid values in this block (set_store()).  This
171  * data structure is used to build the Phi nodes and removed after
172  * completion of the graph.  There is no path from end to start in the
173  * graph after calling ir_graph.
174  *
175  * The op_pin_state of the graph is set to "op_pin_state_pinned"
176  * if no global cse was performed on the graph.
177  * It is set to "op_pin_state_floats" if global cse was performed
178  * (and during construction: did actually change something).
179  * Code placement is necessary.
180  *
181  * @see new_pseudo_ir_graph()
182  */
183 ir_graph *new_ir_graph (ir_entity *ent, int n_loc);
184
185 /** Frees the passed irgraph.
186  * Deallocates all nodes in this graph and the ir_graph structure.
187  * Sets the field irgraph in the corresponding entity to NULL.
188  * Does not remove the irgraph from the list in irprog (requires
189  * inefficient search, call remove_irp_irg by hand).
190  * Does not free types, entities or modes that are used only by this
191  * graph, nor the entity standing for this graph.
192  */
193 void free_ir_graph (ir_graph *irg);
194
195 /* --- access routines for all ir_graph attributes --- */
196
197 /**
198  *   Checks whether a pointer points to a ir graph.
199  *
200  *   @param thing     an arbitrary pointer
201  *
202  *   @return
203  *       true if the thing is a ir graph, else false
204  */
205 int      is_ir_graph(const void *thing);
206
207 /* #define get_irg_entity get_irg_ent */
208 /* #define set_irg_entity set_irg_ent */
209 ir_entity *get_irg_entity (const ir_graph *irg);
210 void       set_irg_entity (ir_graph *irg, ir_entity *ent);
211
212 ir_type *get_irg_frame_type (ir_graph *irg);
213 void     set_irg_frame_type (ir_graph *irg, ir_type *ftp);
214
215 ir_node *get_irg_start_block (const ir_graph *irg);
216 void     set_irg_start_block (ir_graph *irg, ir_node *node);
217
218 ir_node *get_irg_start (const ir_graph *irg);
219 void     set_irg_start (ir_graph *irg, ir_node *node);
220
221 ir_node *get_irg_end_block (const ir_graph *irg);
222 void     set_irg_end_block (ir_graph *irg, ir_node *node);
223
224 ir_node *get_irg_end (const ir_graph *irg);
225 void     set_irg_end (ir_graph *irg, ir_node *node);
226
227 /* The fields end_reg and end_except contain the end nodes of the
228    interprocedural view.  If the view is not constructed they contain
229    the normal end node. */
230 ir_node *get_irg_end_reg (const ir_graph *irg);
231 void     set_irg_end_reg (ir_graph *irg, ir_node *node);
232
233 ir_node *get_irg_end_except (const ir_graph *irg);
234 void     set_irg_end_except (ir_graph *irg, ir_node *node);
235
236 /** Returns the node that represents the frame pointer. */
237 ir_node *get_irg_frame (const ir_graph *irg);
238 /** Sets the node that represents the frame pointer. */
239 void     set_irg_frame (ir_graph *irg, ir_node *node);
240
241 /** Returns the node that represents the global pointer. */
242 ir_node *get_irg_globals (const ir_graph *irg);
243 /** Sets the node that represents the global pointer. */
244 void     set_irg_globals (ir_graph *irg, ir_node *node);
245
246 /** Returns the node that represents the tls pointer. */
247 ir_node *get_irg_tls (const ir_graph *irg);
248 /** Sets the node that represents the tls pointer. */
249 void     set_irg_tls (ir_graph *irg, ir_node *node);
250
251 /** Returns the node that represents the initial memory. */
252 ir_node *get_irg_initial_mem (const ir_graph *irg);
253 /** Sets the node that represents the initial memory. */
254 void     set_irg_initial_mem (ir_graph *irg, ir_node *node);
255
256 /** Returns the node that represents the argument pointer. */
257 ir_node *get_irg_args (const ir_graph *irg);
258 /** Sets the node that represents the argument pointer. */
259 void     set_irg_args (ir_graph *irg, ir_node *node);
260
261 /** Returns the node that represents the value parameter base pointer. */
262 ir_node *get_irg_value_param_base (const ir_graph *irg);
263 /** Sets the node that represents the value parameter base pointer. */
264 void     set_irg_value_param_base (ir_graph *irg, ir_node *node);
265
266 /** Returns an array of the nodes of the argument pointer. */
267 ir_node **get_irg_proj_args (const ir_graph *irg);
268 /** Sets the array of the nodes of the argument pointer. */
269 void     set_irg_proj_args (ir_graph *irg, ir_node **nodes);
270
271 /** Returns the current block of a graph. */
272 ir_node *get_irg_current_block (const ir_graph *irg);
273 /** Sets the current block of a graph. */
274 void     set_irg_current_block (ir_graph *irg, ir_node *node);
275
276 /** Returns the Bad node.  Use new_Bad() instead!! */
277 ir_node *get_irg_bad (const ir_graph *irg);
278 void     set_irg_bad (ir_graph *irg, ir_node *node);
279
280 /** Returns the NoMem node.  Use new_NoMem() instead!! */
281 ir_node *get_irg_no_mem (const ir_graph *irg);
282 void     set_irg_no_mem (ir_graph *irg, ir_node *node);
283
284 /** Returns the number of value numbers of a graph. */
285 int      get_irg_n_locs (ir_graph *irg);
286
287 /** Returns the graph number. */
288 long     get_irg_graph_nr(ir_graph *irg);
289
290 /********************************************************************************/
291 /* States of an ir_graph.                                                       */
292 /********************************************************************************/
293
294 /*
295    information associated with the graph.  Optimizations invalidate these
296    states.  */
297
298 /** The states of an ir graph.
299  *
300  * state phase values: phase_building, phase_high, phase_low, phase_backend.
301  *
302  * The graph is in phase_building during construction of the irgraph.
303  * The construction is finished by a call to finalize_cons().
304  *
305  * Finalize_cons() sets the state to phase_high.  All standard Firm nodes are
306  * allowed.
307  *
308  * To get the irgraph into phase_low all Sel nodes must be removed and
309  * replaced by explicit address computations.  SymConst size and
310  * type tag nodes must be removed (@@@ really?).  Initialization of
311  * memory allocated by Alloc must be explicit.  @@@ More conditions?
312  *
313  * phase_backend is set if architecture specific machine nodes are inserted
314  * (and probably most standard Firm are removed).
315  */
316 typedef enum {
317   phase_building,
318   phase_high,
319   phase_low,
320   phase_backend
321 } irg_phase_state;
322
323 /** returns the phase_state of an IR graph. */
324 irg_phase_state get_irg_phase_state (const ir_graph *irg);
325
326 /** sets the phase state of an IR graph. */
327 void set_irg_phase_state(ir_graph *irg, irg_phase_state state);
328
329 #define set_irg_phase_low(irg)  set_irg_phase_state(irg, phase_low)
330
331 /** state: op_pin_state_pinned
332    The graph is "op_pin_state_pinned" if all nodes are associated with a basic block.
333    It is in state "op_pin_state_floats" if nodes are in arbitrary blocks.  In state
334    "op_pin_state_floats" the block predecessor is set in all nodes, but this can be an
335    invalid block, i.e., the block is not a dominator of all the uses of
336    the node.
337    The enum op_pin_state is defined in irop.h. */
338 op_pin_state get_irg_pinned (const ir_graph *irg);
339
340 /** state: outs_state
341  *  Outs are the back edges or def-use edges of ir nodes.
342  *  Values:  outs_none, outs_consistent, outs_inconsistent */
343 typedef enum {
344   outs_none,         /**< Outs are not computed, no memory is allocated. */
345   outs_consistent,   /**< Outs are computed and correct. */
346   outs_inconsistent  /**< Outs have been computed, memory is still allocated,
347                         but the graph has been changed since. */
348 } irg_outs_state;
349 irg_outs_state get_irg_outs_state(const ir_graph *irg);
350 void           set_irg_outs_inconsistent(ir_graph *irg);
351
352 /** state:  extended basic block state. */
353 typedef enum {
354   extblk_none    = 0,  /**< No extended basic block information is constructed. Default. */
355   extblk_valid   = 1,  /**< Extended basic block information is valid. */
356   extblk_invalid = 2   /**< Extended basic block information is constructed but invalid. */
357 } irg_extblk_state;
358 irg_extblk_state get_irg_extblk_state(const ir_graph *irg);
359 void             set_irg_extblk_inconsistent(ir_graph *irg);
360
361 /** state: dom_state
362  * Signals the state of the dominator / post dominator information.
363  */
364 typedef enum {
365   dom_none,             /**< dominator are not computed, no memory is allocated */
366   dom_consistent,       /**< dominator information is computed and correct */
367   dom_inconsistent      /**< dominator information is computed but the graph has been changed since */
368 } irg_dom_state;
369
370 /** returns the dominator state of an IR graph. */
371 irg_dom_state get_irg_dom_state(const ir_graph *irg);
372
373 /** returns the post dominator state of an IR graph. */
374 irg_dom_state get_irg_postdom_state(const ir_graph *irg);
375
376 /** sets the dominator and post dominator state of an IR graph to inconsistent. */
377 void set_irg_doms_inconsistent(ir_graph *irg);
378
379 /** state: loopinfo_state
380  *  Loop information describes the loops within the control and
381  *  data flow of the procedure.
382  */
383 typedef enum {
384   loopinfo_none             = 0,       /**< No loop information is constructed. Default. */
385   loopinfo_constructed      = 1,       /**< Some kind of loop information is constructed. */
386   loopinfo_valid            = 2,       /**< Loop information is valid. */
387   loopinfo_cf               = 4,       /**< Loop information constructed for control flow only. */
388   loopinfo_inter            = 8,       /**< Loop information for interprocedural view. */
389
390   loopinfo_for_firmjni      = 16,      /**< A hack for firmjni:  all enums must differ as they
391                                           are used in a switch. */
392
393   /** IntRAprocedural loop information constructed and valid. */
394   loopinfo_consistent         = loopinfo_constructed | loopinfo_for_firmjni | loopinfo_valid,
395   /** IntRAprocedural loop information constructed and invalid. */
396   loopinfo_inconsistent       = loopinfo_constructed | loopinfo_for_firmjni,
397
398   /** IntERprocedural loop information constructed and valid. */
399   loopinfo_ip_consistent      = loopinfo_constructed | loopinfo_inter | loopinfo_valid,
400   /** IntERprocedural loop information constructed and invalid. */
401   loopinfo_ip_inconsistent    = loopinfo_constructed | loopinfo_inter,
402
403   /** IntRAprocedural control loop information constructed and valid. */
404   loopinfo_cf_consistent      = loopinfo_constructed | loopinfo_cf | loopinfo_valid,
405   /** IntRAprocedural control loop information constructed and invalid. */
406   loopinfo_cf_inconsistent    = loopinfo_constructed | loopinfo_cf,
407
408   /** IntERprocedural control loop information constructed and valid. */
409   loopinfo_cf_ip_consistent   = loopinfo_constructed | loopinfo_cf | loopinfo_inter | loopinfo_valid,
410   /** IntERprocedural control loop information constructed and invalid. */
411   loopinfo_cf_ip_inconsistent = loopinfo_constructed | loopinfo_cf | loopinfo_inter
412 } irg_loopinfo_state;
413
414 /** Return the current loop information state. */
415 irg_loopinfo_state get_irg_loopinfo_state(const ir_graph *irg);
416
417 /** Sets the current loop information state. */
418 void set_irg_loopinfo_state(ir_graph *irg, irg_loopinfo_state s);
419
420 /** Sets the loop information state to the appropriate inconsistent state.
421  *  If state is 'none' does not change. */
422 void set_irg_loopinfo_inconsistent(ir_graph *irg);
423 /** Sets the loop information state to the appropriate inconsistent state.
424  *  If state is 'none' does not change.
425  *  Does this for all irgs. */
426 void set_irp_loopinfo_inconsistent(void);
427
428 /** state: callee_information_state
429  *  Call nodes contain a list of possible callees.  This list must be
430  *  computed by an analysis.
431  *
432  *  It's strange that this state is administered on irg basis, as the
433  *  information must be computed for the whole program, or not?
434  */
435 typedef enum {
436   irg_callee_info_none,
437   irg_callee_info_consistent,
438   irg_callee_info_inconsistent
439 } irg_callee_info_state;
440
441 /** returns the callee_info_state of an IR graph. */
442 irg_callee_info_state get_irg_callee_info_state(const ir_graph *irg);
443
444 /** sets the callee_info_state of an IR graph. */
445 void                  set_irg_callee_info_state(ir_graph *irg, irg_callee_info_state s);
446
447 /** property:
448  *  Tells how to handle an ir graph in inlineing.
449  */
450 typedef enum {
451   irg_inline_any,            /**< No restriction on inlineing. Default. */
452   irg_inline_forbidden,      /**< The graph may not be inlined. */
453   irg_inline_recomended,     /**< The graph should be inlined. */
454   irg_inline_forced,         /**< The graph must be inlined. */
455   irg_inline_forced_no_body  /**< The graph must be inlined. No body is allowed
456                                   to be emitted. */
457 } irg_inline_property;
458
459 /** Returns the inline property of a graph. */
460 irg_inline_property get_irg_inline_property(const ir_graph *irg);
461 /** Sets the inline property of a graph. */
462 void set_irg_inline_property(ir_graph *irg, irg_inline_property s);
463
464 /**
465  * Returns the mask of the additional graph properties.
466  * The properties are automatically inherited from the method type
467  * if they were not set using set_irg_additional_properties() or
468  * set_irg_additional_property().
469  */
470 unsigned get_irg_additional_properties(const ir_graph *irg);
471
472 /** Sets the mask of the additional graph properties. */
473 void set_irg_additional_properties(ir_graph *irg, unsigned property_mask);
474
475 /** Sets one additional graph property. */
476 void set_irg_additional_property(ir_graph *irg, mtp_additional_property flag);
477
478 /** A void * field to link arbitrary information to the node. */
479 void  set_irg_link (ir_graph *irg, void *thing);
480 void *get_irg_link (const ir_graph *irg);
481
482 /** Increments visited flag by one.
483  *  @see also: get_irn_visited() get_irg_block_visited(). */
484 void          inc_irg_visited (ir_graph *irg);
485 unsigned long get_irg_visited (const ir_graph *irg);
486 void          set_irg_visited (ir_graph *irg, unsigned long i);
487 /** An interprocedural flag valid for all irgs.
488  *  @see also: get_irn_visited() get_irg_block_visited(). */
489 unsigned long get_max_irg_visited (void);
490 void          set_max_irg_visited (int val);
491 unsigned long inc_max_irg_visited (void);
492
493 /** Increments block_visited by one.
494  *  @see also: get_irn_visited() get_irg_block_visited(). */
495 void          inc_irg_block_visited (ir_graph *irg);
496 unsigned long get_irg_block_visited (const ir_graph *irg);
497 void          set_irg_block_visited (ir_graph *irg, unsigned long i);
498
499 /**
500  * Debug helpers: You can indicate wether you are currently using visited or
501  * block_visited flags. If NDEBUG is not defined, then the compiler will abort
502  * if 2 parties try to use the flags.
503  */
504 #ifndef NDEBUG
505 void     set_using_block_visited(ir_graph *irg);
506 void     clear_using_block_visited(ir_graph *irg);
507 int      using_block_visited(const ir_graph *irg);
508 void     set_using_visited(ir_graph *irg);
509 void     clear_using_visited(ir_graph *irg);
510 int      using_visited(const ir_graph *irg);
511 void     set_using_irn_link(ir_graph *irg);
512 void     clear_using_irn_link(ir_graph *irg);
513 int      using_irn_link(const ir_graph *irg);
514 #else
515 static INLINE void set_using_block_visited(ir_graph *irg) { (void) irg; }
516 static INLINE void clear_using_block_visited(ir_graph *irg) { (void) irg; }
517 static INLINE int using_block_visited(const ir_graph *irg) { (void) irg; return 0; }
518 static INLINE void set_using_visited(ir_graph *irg) { (void) irg; }
519 static INLINE void clear_using_visited(ir_graph *irg) { (void) irg; }
520 static INLINE int using_visited(const ir_graph *irg) { (void) irg; return 0; }
521 static INLINE void set_using_irn_link(ir_graph *irg) { (void) irg; }
522 static INLINE void clear_using_irn_link(ir_graph *irg) { (void) irg; }
523 static INLINE int using_irn_link(const ir_graph *irg) { (void) irg; return 0; }
524 #endif
525
526 /** move Proj nodes into the same block as its predecessors */
527 void normalize_proj_nodes(ir_graph *irg);
528
529 /** set a description for local value n */
530 void set_irg_loc_description(ir_graph *irg, int n, void *description);
531
532 /** get the description for local value n */
533 void *get_irg_loc_description(ir_graph *irg, int n);
534
535 /** Returns a estimated node count of the irg. This count is updated
536  * after every irg_walk_graph().
537  */
538 unsigned get_irg_estimated_node_cnt(const ir_graph *irg);
539
540 /** Returns the last irn index for this graph. */
541 unsigned get_irg_last_idx(const ir_graph *irg);
542
543 /** Returns the floating point model of this graph. */
544 unsigned get_irg_fp_model(const ir_graph *irg);
545
546 /** Sets a floating point model for this graph. */
547 void set_irg_fp_model(ir_graph *irg, unsigned model);
548
549 /**
550  * Access custom graph data.
551  * The data must have been registered with
552  * register_additional_graph_data() before.
553  * @param graph The graph to get the data from.
554  * @param type The type of the data you registered.
555  * @param off The value returned by register_additional_graph_data().
556  * @return A pointer of type @p type.
557  */
558 #define get_irg_data(graph,type,off) \
559   (assert(off > 0 && "Invalid graph data offset"), (type *) ((char *) (graph) - (off)))
560
561 /**
562  * Get the pointer to the node some custom data belongs to.
563  * @param data The pointer to the custom data.
564  * @param off The number as returned by register_additional_graph_data().
565  * @return A pointer to the ir node the custom data belongs to.
566  */
567 #define get_irg_data_base(data,off) \
568   (assert(off > 0 && "Invalid graph data offset"), (ir_graph *) ((char *) (data) + (off)))
569
570 /**
571  * Request additional data to be allocated with an ir graph.
572  * @param size The size of the additional data required.
573  * @return A positive number, if the operation was successful, which
574  * must be passed to the access macro get_irg_data(), 0 if the
575  * registration failed.
576  */
577 size_t register_additional_graph_data(size_t size);
578
579 #endif /* _FIRM_IR_IRGRAPH_H_ */