[midend]重构了src目录

src/include/midend/Pass/Analysis/Dom.h

@@ -0,0 +1,55 @@
+#pragma once
+
+#include "Pass.h" // 包含 Pass 框架
+#include "IR.h"   // 包含 IR 定义
+#include <map>
+#include <set>
+#include <vector>
+#include <algorithm>
+
+namespace sysy {
+
+// 支配树分析结果类 (保持不变)
+class DominatorTree : public AnalysisResultBase {
+public:
+    DominatorTree(Function* F);
+    const std::set<BasicBlock*>* getDominators(BasicBlock* BB) const;
+    BasicBlock* getImmediateDominator(BasicBlock* BB) const;
+    const std::set<BasicBlock*>* getDominanceFrontier(BasicBlock* BB) const;
+    const std::set<BasicBlock*>* getDominatorTreeChildren(BasicBlock* BB) const;
+    const std::map<BasicBlock*, std::set<BasicBlock*>>& getDominatorsMap() const { return Dominators; }
+    const std::map<BasicBlock*, BasicBlock*>& getIDomsMap() const { return IDoms; }
+    const std::map<BasicBlock*, std::set<BasicBlock*>>& getDominanceFrontiersMap() const { return DominanceFrontiers; }
+    void computeDominators(Function* F);
+    void computeIDoms(Function* F);
+    void computeDominanceFrontiers(Function* F);
+    void computeDominatorTreeChildren(Function* F);
+private:
+    Function* AssociatedFunction;
+    std::map<BasicBlock*, std::set<BasicBlock*>> Dominators;
+    std::map<BasicBlock*, BasicBlock*> IDoms;
+    std::map<BasicBlock*, std::set<BasicBlock*>> DominanceFrontiers;
+    std::map<BasicBlock*, std::set<BasicBlock*>> DominatorTreeChildren;
+};
+
+
+// 支配树分析遍
+class DominatorTreeAnalysisPass : public AnalysisPass {
+public:
+    // 唯一的 Pass ID
+    static void *ID;
+
+    DominatorTreeAnalysisPass() : AnalysisPass("DominatorTreeAnalysis", Pass::Granularity::Function) {}
+
+    // 实现 getPassID
+    void* getPassID() const override { return &ID; }
+
+    bool runOnFunction(Function* F, AnalysisManager &AM) override;
+
+    std::unique_ptr<AnalysisResultBase> getResult() override;
+
+private:
+    std::unique_ptr<DominatorTree> CurrentDominatorTree;
+};
+
+} // namespace sysy

src/include/midend/Pass/Analysis/Liveness.h

@@ -0,0 +1,72 @@
+#pragma once
+
+#include "IR.h"      // 包含 IR 定义
+#include "Pass.h"    // 包含 Pass 框架
+#include <algorithm> // for std::set_union, std::set_difference
+#include <map>
+#include <set>
+#include <vector>
+
+namespace sysy {
+
+// 前向声明
+class Function;
+class BasicBlock;
+class Value;
+class Instruction;
+
+// 活跃变量分析结果类
+// 它将包含 LiveIn 和 LiveOut 集合
+class LivenessAnalysisResult : public AnalysisResultBase {
+public:
+  LivenessAnalysisResult(Function *F) : AssociatedFunction(F) {}
+  
+  // 获取给定基本块的 LiveIn 集合
+  const std::set<Value *> *getLiveIn(BasicBlock *BB) const;
+
+  // 获取给定基本块的 LiveOut 集合
+  const std::set<Value *> *getLiveOut(BasicBlock *BB) const;
+
+  // 暴露内部数据结构，如果需要更直接的访问
+  const std::map<BasicBlock *, std::set<Value *>> &getLiveInSets() const { return liveInSets; }
+  const std::map<BasicBlock *, std::set<Value *>> &getLiveOutSets() const { return liveOutSets; }
+
+  // 核心计算方法，由 LivenessAnalysisPass 调用
+  void computeLiveness(Function *F);
+
+private:
+  Function *AssociatedFunction; // 这个活跃变量分析是为哪个函数计算的
+  std::map<BasicBlock *, std::set<Value *>> liveInSets;
+  std::map<BasicBlock *, std::set<Value *>> liveOutSets;
+
+  // 辅助函数：计算基本块的 Def 和 Use 集合
+  // Def: 块内定义，且定义在所有使用之前的值
+  // Use: 块内使用，且使用在所有定义之前的值
+  void computeDefUse(BasicBlock *BB, std::set<Value *> &def, std::set<Value *> &use);
+};
+
+// 活跃变量分析遍
+class LivenessAnalysisPass : public AnalysisPass {
+public:
+  // 唯一的 Pass ID
+  static void *ID; // LLVM 风格的唯一 ID
+
+  LivenessAnalysisPass() : AnalysisPass("LivenessAnalysis", Pass::Granularity::Function) {}
+    
+  // 实现 getPassID
+  void *getPassID() const override { return &ID; }
+
+  // 运行分析并返回结果。现在接受 AnalysisManager& AM 参数
+  bool runOnFunction(Function *F, AnalysisManager &AM) override;
+
+  // 获取分析结果的指针。
+  // 注意：AnalysisManager 将会调用此方法来获取结果并进行缓存。
+  std::unique_ptr<AnalysisResultBase> getResult() override;
+
+private:
+  // 存储当前分析计算出的 LivenessAnalysisResult 实例
+  // runOnFunction 每次调用都会创建新的 LivenessAnalysisResult 对象
+  std::unique_ptr<LivenessAnalysisResult> CurrentLivenessResult;
+};
+
+} // namespace sysy

src/include/midend/Pass/Optimize/DCE.h

@@ -0,0 +1,63 @@
+#pragma once
+
+#include "Pass.h"
+#include "IR.h"
+#include "SysYIROptUtils.h"
+#include "Dom.h" 
+#include <unordered_set>
+#include <queue>
+
+namespace sysy {
+
+// 前向声明分析结果类，确保在需要时可以引用
+// class DominatorTreeAnalysisResult; // Pass.h 中已包含，这里不再需要
+class SideEffectInfoAnalysisResult; // 假设有副作用分析结果类
+
+// DCEContext 类，用于封装DCE的内部逻辑和状态
+// 这样可以避免静态变量在多线程或多次运行时的冲突，并保持代码的模块化
+class DCEContext {
+public:
+    // 运行DCE的主要方法
+    // func: 当前要优化的函数
+    // tp: 分析管理器，用于获取其他分析结果（如果需要）
+    void run(Function* func, AnalysisManager* AM, bool &changed);
+
+private:
+    // 存储活跃指令的集合
+    std::unordered_set<Instruction*> alive_insts;
+
+    // 判断指令是否是“天然活跃”的（即总是保留的）
+    // inst: 要检查的指令
+    // 返回值: 如果指令是天然活跃的，则为true，否则为false
+    bool isAlive(Instruction* inst);
+
+    // 递归地将活跃指令及其依赖加入到 alive_insts 集合中
+    // inst: 要标记为活跃的指令
+    void addAlive(Instruction* inst);
+};
+
+// DCE 优化遍类，继承自 OptimizationPass
+class DCE : public OptimizationPass {
+public:
+    // 构造函数
+    DCE() : OptimizationPass("DCE", Granularity::Function) {}
+
+    // 静态成员，作为该遍的唯一ID
+    static void *ID;
+
+    // 运行在函数上的优化逻辑
+    // F: 当前要优化的函数
+    // AM: 分析管理器，用于获取或使分析结果失效
+    // 返回值: 如果IR被修改，则为true，否则为false
+    bool runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) override;
+
+    // 声明该遍的分析依赖和失效信息
+    // analysisDependencies: 该遍运行前需要哪些分析结果
+    // analysisInvalidations: 该遍运行后会使哪些分析结果失效
+    void getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const override;
+
+    // Pass 基类中的纯虚函数，必须实现
+    void *getPassID() const override { return &ID; }
+};
+
+} // namespace sysy

src/include/midend/Pass/Optimize/Mem2Reg.h

@@ -0,0 +1,118 @@
+#pragma once
+
+#include "Pass.h" // 包含Pass的基类定义
+#include "IR.h"   // 包含IR相关的定义，如Instruction, Function, BasicBlock, AllocaInst, LoadInst, StoreInst, PhiInst等
+#include "Dom.h"  // 假设支配树分析的头文件，提供 DominatorTreeAnalysisResult
+#include <vector>
+#include <unordered_map>
+#include <unordered_set>
+#include <queue>
+#include <stack> // 用于变量重命名阶段的SSA值栈
+
+namespace sysy {
+
+// 前向声明分析结果类，确保在需要时可以引用
+class DominatorTree;
+
+// Mem2RegContext 类，封装 mem2reg 遍的核心逻辑和状态
+// 这样可以避免静态变量在多线程或多次运行时的冲突，并保持代码的模块化
+class Mem2RegContext {
+public:
+
+    Mem2RegContext(IRBuilder *builder) : builder(builder) {}
+    // 运行 mem2reg 优化的主要方法
+    // func: 当前要优化的函数
+    // tp: 分析管理器，用于获取支配树等分析结果
+    void run(Function* func, AnalysisManager* tp);
+
+private:
+    IRBuilder *builder; // IR 构建器，用于插入指令
+    // 存储所有需要被提升的 AllocaInst
+    std::vector<AllocaInst*> promotableAllocas;
+
+    // 存储每个 AllocaInst 对应的 Phi 指令列表
+    // 键是 AllocaInst，值是该 AllocaInst 在各个基本块中插入的 Phi 指令的列表
+    // (实际上，一个 AllocaInst 在一个基本块中只会有一个 Phi)
+    std::unordered_map<AllocaInst*, std::unordered_map<BasicBlock*, PhiInst*>> allocaToPhiMap;
+
+    // 存储每个 AllocaInst 对应的当前活跃 SSA 值栈
+    // 用于在变量重命名阶段追踪每个 AllocaInst 在不同控制流路径上的最新值
+    std::unordered_map<AllocaInst*, std::stack<Value*>> allocaToValueStackMap;
+
+    // 辅助映射，存储每个 AllocaInst 的所有 store 指令
+    std::unordered_map<AllocaInst*, std::unordered_set<StoreInst*>> allocaToStoresMap;
+
+    // 辅助映射，存储每个 AllocaInst 对应的定义基本块（包含 store 指令的块）
+    std::unordered_map<AllocaInst*, std::unordered_set<BasicBlock*>> allocaToDefBlocksMap;
+
+    // 支配树分析结果，用于 Phi 插入和变量重命名
+    DominatorTree* dt;
+
+    // --------------------------------------------------------------------
+    // 阶段1: 识别可提升的 AllocaInst
+    // --------------------------------------------------------------------
+
+    // 判断一个 AllocaInst 是否可以被提升到寄存器
+    // alloca: 要检查的 AllocaInst
+    // 返回值: 如果可以提升，则为 true，否则为 false
+    bool isPromotableAlloca(AllocaInst* alloca);
+
+    // 收集所有对给定 AllocaInst 进行存储的 StoreInst
+    // alloca: 目标 AllocaInst
+    void collectStores(AllocaInst* alloca);
+
+    // --------------------------------------------------------------------
+    // 阶段2: 插入 Phi 指令 (Phi Insertion)
+    // --------------------------------------------------------------------
+
+    // 为给定的 AllocaInst 插入必要的 Phi 指令
+    // alloca: 目标 AllocaInst
+    // defBlocks: 包含对该 AllocaInst 进行 store 操作的基本块集合
+    void insertPhis(AllocaInst* alloca, const std::unordered_set<BasicBlock*>& defBlocks);
+
+    // --------------------------------------------------------------------
+    // 阶段3: 变量重命名 (Variable Renaming)
+    // --------------------------------------------------------------------
+
+    // 对支配树进行深度优先遍历，重命名变量并替换 load/store 指令
+    // alloca: 当前正在处理的 AllocaInst
+    // currentBB: 当前正在遍历的基本块
+    // dt: 支配树分析结果
+    // valueStack: 存储当前 AllocaInst 在当前路径上可见的 SSA 值栈
+    void renameVariables(AllocaInst* alloca, BasicBlock* currentBB);
+
+    // --------------------------------------------------------------------
+    // 阶段4: 清理
+    // --------------------------------------------------------------------
+
+    // 删除所有原始的 AllocaInst、LoadInst 和 StoreInst
+    void cleanup();
+};
+
+// Mem2Reg 优化遍类，继承自 OptimizationPass
+// 粒度为 Function，表示它在每个函数上独立运行
+class Mem2Reg : public OptimizationPass {
+private:
+    IRBuilder *builder;
+
+public:
+    // 构造函数
+    Mem2Reg(IRBuilder *builder) : OptimizationPass("Mem2Reg", Granularity::Function), builder(builder) {}
+
+    // 静态成员，作为该遍的唯一ID
+    static void *ID;
+
+    // 运行在函数上的优化逻辑
+    // F: 当前要优化的函数
+    // AM: 分析管理器，用于获取支配树等分析结果，或使分析结果失效
+    // 返回值: 如果IR被修改，则为true，否则为false
+    bool runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) override;
+
+    // 声明该遍的分析依赖和失效信息
+    // analysisDependencies: 该遍运行前需要哪些分析结果
+    // analysisInvalidations: 该遍运行后会使哪些分析结果失效
+    void getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const override;
+    void *getPassID() const override { return &ID; }
+};
+
+} // namespace sysy

src/include/midend/Pass/Optimize/Reg2Mem.h

@@ -0,0 +1,59 @@
+#pragma once
+
+#include "IR.h"
+#include "IRBuilder.h" // 你的 IR Builder
+#include "Liveness.h"
+#include "Dom.h"
+#include "Pass.h"      // 你的 Pass 框架基类
+#include <iostream>    // 调试用
+#include <map>         // 用于 Value 到 AllocaInst 的映射
+#include <set>         // 可能用于其他辅助集合
+#include <string>
+#include <vector>
+
+namespace sysy {
+
+class Reg2MemContext {
+public:
+  Reg2MemContext(IRBuilder *b) : builder(b) {}
+
+  // 运行 Reg2Mem 优化
+  void run(Function *func);
+
+private:
+  IRBuilder *builder; // IR 构建器
+
+  // 存储 SSA Value 到对应的 AllocaInst 的映射
+  // 只有那些需要被"溢出"到内存的 SSA 值才会被记录在这里
+  std::map<Value *, AllocaInst *> valueToAllocaMap;
+
+  // 辅助函数：
+  // 1. 识别并为 SSA Value 分配 AllocaInst
+  void allocateMemoryForSSAValues(Function *func);
+
+  // 2. 将 SSA 值的使用替换为 Load/Store
+  void insertLoadsAndStores(Function *func);
+
+  // 3. 处理 Phi 指令，将其转换为 Load/Store
+  void rewritePhis(Function *func);
+
+  // 4. 清理 (例如，可能删除不再需要的 Phi 指令)
+  void cleanup(Function *func);
+
+  // 判断一个 Value 是否是 AllocaInst 可以为其分配内存的目标
+  // 通常指非指针类型的Instruction结果和Argument
+  bool isPromotableToMemory(Value *val);
+};
+
+class Reg2Mem : public OptimizationPass {
+private:
+  IRBuilder *builder; ///< IR构建器，用于插入指令
+public:
+  static void *ID; ///< Pass的唯一标识符
+  Reg2Mem(IRBuilder* builder) : OptimizationPass("Reg2Mem", Pass::Granularity::Function), builder(builder) {}
+  bool runOnFunction(Function *F, AnalysisManager &AM) override;
+  void getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const override;
+  void *getPassID() const override { return &ID; } ///< 获取 Pass ID
+};
+
+} // namespace sysy

src/include/midend/Pass/Optimize/SCCP.h

@@ -0,0 +1,196 @@
+#pragma once
+
+#include "IR.h"
+
+namespace sysy {
+
+// 稀疏条件常量传播类
+// Sparse Conditional Constant Propagation
+/*
+伪代码
+function SCCP_Optimization(Module):
+    for each Function in Module:
+        changed = true
+        while changed:
+            changed = false
+            // 阶段1: 常量传播与折叠
+            changed |= PropagateConstants(Function)
+            // 阶段2: 控制流简化
+            changed |= SimplifyControlFlow(Function)
+        end while
+    end for
+
+function PropagateConstants(Function):
+    // 初始化
+    executableBlocks = {entryBlock}
+    valueState = map<Value, State> // 值->状态映射
+    instWorkList = Queue()
+    edgeWorkList = Queue()
+    
+    // 初始化工作列表
+    for each inst in entryBlock:
+        instWorkList.push(inst)
+    
+    // 迭代处理
+    while !instWorkList.empty() || !edgeWorkList.empty():
+        // 处理指令工作列表
+        while !instWorkList.empty():
+            inst = instWorkList.pop()
+            // 如果指令是可执行基本块中的
+            if executableBlocks.contains(inst.parent):
+                ProcessInstruction(inst)
+        
+        // 处理边工作列表
+        while !edgeWorkList.empty():
+            edge = edgeWorkList.pop()
+            ProcessEdge(edge)
+    
+    // 应用常量替换
+    for each inst in Function:
+        if valueState[inst] == CONSTANT:
+            ReplaceWithConstant(inst, valueState[inst].constant)
+            changed = true
+    
+    return changed
+
+function ProcessInstruction(Instruction inst):
+    switch inst.type:
+        //二元操作
+        case BINARY_OP:
+            lhs = GetValueState(inst.operands[0])
+            rhs = GetValueState(inst.operands[1])
+            if lhs == CONSTANT && rhs == CONSTANT:
+                newState = ComputeConstant(inst.op, lhs.value, rhs.value)
+                UpdateState(inst, newState)
+            else if lhs == BOTTOM || rhs == BOTTOM:
+                UpdateState(inst, BOTTOM)
+        //phi
+        case PHI:
+            mergedState = ⊤
+            for each incoming in inst.incomings:
+            // 检查每个输入的状态
+                if executableBlocks.contains(incoming.block):
+                    incomingState = GetValueState(incoming.value)
+                    mergedState = Meet(mergedState, incomingState)
+            UpdateState(inst, mergedState)
+        // 条件分支
+        case COND_BRANCH:
+            cond = GetValueState(inst.condition)
+            if cond == CONSTANT:
+                // 判断条件分支
+                if cond.value == true:
+                    AddEdgeToWorkList(inst.parent, inst.trueTarget)
+                else:
+                    AddEdgeToWorkList(inst.parent, inst.falseTarget)
+            else if cond == BOTTOM:
+                AddEdgeToWorkList(inst.parent, inst.trueTarget)
+                AddEdgeToWorkList(inst.parent, inst.falseTarget)
+        
+        case UNCOND_BRANCH:
+            AddEdgeToWorkList(inst.parent, inst.target)
+        
+        // 其他指令处理...
+
+function ProcessEdge(Edge edge):
+    fromBB, toBB = edge
+    if !executableBlocks.contains(toBB):
+        executableBlocks.add(toBB)
+        for each inst in toBB:
+            if inst is PHI:
+                instWorkList.push(inst)
+            else:
+                instWorkList.push(inst) // 非PHI指令
+    
+    // 更新PHI节点的输入
+    for each phi in toBB.phis:
+        instWorkList.push(phi)
+
+function SimplifyControlFlow(Function):
+    changed = false
+    // 标记可达基本块
+    ReachableBBs = FindReachableBlocks(Function.entry)
+    
+    // 删除不可达块
+    for each bb in Function.blocks:
+        if !ReachableBBs.contains(bb):
+            RemoveDeadBlock(bb)
+            changed = true
+    
+    // 简化条件分支
+    for each bb in Function.blocks:
+        terminator = bb.terminator
+        if terminator is COND_BRANCH:
+            cond = GetValueState(terminator.condition)
+            if cond == CONSTANT:
+                SimplifyBranch(terminator, cond.value)
+                changed = true
+    
+    return changed
+
+function RemoveDeadBlock(BasicBlock bb):
+    // 1. 更新前驱块的分支指令
+    for each pred in bb.predecessors:
+        UpdateTerminator(pred, bb)
+    
+    // 2. 更新后继块的PHI节点
+    for each succ in bb.successors:
+        RemovePhiIncoming(succ, bb)
+    
+    // 3. 删除块内所有指令
+    for each inst in bb.instructions:
+        inst.remove()
+    
+    // 4. 从函数中移除基本块
+    Function.removeBlock(bb)
+
+function Meet(State a, State b):
+    if a == ⊤: return b
+    if b == ⊤: return a
+    if a == ⊥ || b == ⊥: return ⊥
+    if a.value == b.value: return a
+    return ⊥
+
+function UpdateState(Value v, State newState):
+    oldState = valueState.get(v, ⊤)
+    if newState != oldState:
+        valueState[v] = newState
+        for each user in v.users:
+            if user is Instruction:
+                instWorkList.push(user)
+
+*/
+
+enum class LatticeValue {
+  Top,       // ⊤ (Unknown)
+  Constant,  // c (Constant)
+  Bottom     // ⊥ (Undefined / Varying)
+};
+// LatticeValue: 用于表示值的状态，Top表示未知，Constant表示常量，Bottom表示未定义或变化的值。
+// 这里的LatticeValue用于跟踪每个SSA值（变量、指令结果）的状态，
+// 以便在SCCP过程中进行常量传播和控制流简化。
+
+//TODO: 下列数据结构考虑集成到类中，避免重命名问题
+static std::set<Instruction *> Worklist;
+static std::unordered_set<BasicBlock*> Executable_Blocks;
+static std::queue<std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> > Executable_Edges;
+static std::map<Value*, LatticeValue> valueState;
+
+class SCCP {
+private:
+  Module *pModule;
+
+public:
+  SCCP(Module *pMoudle) : pModule(pMoudle) {}
+
+  void run();
+  bool PropagateConstants(Function *function);
+  bool SimplifyControlFlow(Function *function);
+  void ProcessInstruction(Instruction *inst);
+  void ProcessEdge(const std::pair<BasicBlock *, BasicBlock *> &edge);
+  void RemoveDeadBlock(BasicBlock *bb);
+  void UpdateState(Value *v, LatticeValue newState);
+  LatticeValue Meet(LatticeValue a, LatticeValue b);
+  LatticeValue GetValueState(Value *v);
+};
+
+}  // namespace sysy

src/include/midend/Pass/Optimize/SysYIRCFGOpt.h

@@ -0,0 +1,101 @@
+#pragma once
+
+#include "IR.h"
+#include "IRBuilder.h"
+#include "Pass.h"
+
+namespace sysy {
+
+// 优化前对SysY IR的预处理，也可以视作部分CFG优化
+// 主要包括删除无用指令、合并基本块、删除空块等
+// 这些操作可以在SysY IR生成时就完成，但为了简化IR生成过程，
+// 这里将其放在SysY IR生成后进行预处理
+// 同时兼容phi节点的处理，可以再mem2reg后再次调用优化
+
+//TODO: 可增加的CFG优化和方法
+// - 检查基本块跳转关系正确性
+// - 简化条件分支（Branch Simplification），如条件恒真/恒假转为直接跳转
+// - 合并连续的跳转指令（Jump Threading）在合并不可达块中似乎已经实现了
+// - 基本块重排序（Block Reordering），提升局部性
+
+// 辅助工具类，包含实际的CFG优化逻辑
+// 这些方法可以被独立的Pass调用
+class SysYCFGOptUtils {
+public:
+  static bool SysYDelInstAfterBr(Function *func); // 删除br后面的指令
+  static bool SysYDelEmptyBlock(Function *func, IRBuilder* pBuilder); // 空块删除
+  static bool SysYDelNoPreBLock(Function *func); // 删除无前驱块（不可达块）
+  static bool SysYBlockMerge(Function *func);    // 合并基本块
+  static bool SysYAddReturn(Function *func, IRBuilder* pBuilder);     // 添加return指令
+  static bool SysYCondBr2Br(Function *func, IRBuilder* pBuilder);  // 条件分支转换为无条件分支
+};
+
+// ======================================================================
+// 独立的CFG优化遍
+// ======================================================================
+
+class SysYDelInstAfterBrPass : public OptimizationPass {
+public:
+  static void *ID; // 唯一ID
+  SysYDelInstAfterBrPass() : OptimizationPass("SysYDelInstAfterBrPass", Granularity::Function) {}
+  bool runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) override;
+  void getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const override {
+    // 这个优化可能改变CFG结构，使一些CFG相关的分析失效
+    // 可以在这里指定哪些分析会失效，例如支配树、活跃变量等
+    // analysisInvalidations.insert(DominatorTreeAnalysisPass::ID); // 示例
+  }
+  void *getPassID() const override { return &ID; }
+};
+
+class SysYDelEmptyBlockPass : public OptimizationPass {
+private:
+  IRBuilder *pBuilder;
+public:
+  static void *ID;
+  SysYDelEmptyBlockPass(IRBuilder *builder) : OptimizationPass("SysYDelEmptyBlockPass", Granularity::Function), pBuilder(builder) {}
+  bool runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) override;
+  void getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const override {};
+  void *getPassID() const override { return &ID; }
+};
+
+class SysYDelNoPreBLockPass : public OptimizationPass {
+public:
+  static void *ID;
+  SysYDelNoPreBLockPass() : OptimizationPass("SysYDelNoPreBLockPass", Granularity::Function) {}
+  bool runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) override;
+  void getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const override {};
+  void *getPassID() const override { return &ID; }
+};
+
+class SysYBlockMergePass : public OptimizationPass {
+public:
+  static void *ID;
+  SysYBlockMergePass() : OptimizationPass("SysYBlockMergePass", Granularity::Function) {}
+  bool runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) override;
+  void getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const override {};
+  void *getPassID() const override { return &ID; }
+};
+
+class SysYAddReturnPass : public OptimizationPass {
+private:
+  IRBuilder *pBuilder;
+public:
+  static void *ID;
+  SysYAddReturnPass(IRBuilder *builder) : OptimizationPass("SysYAddReturnPass", Granularity::Function), pBuilder(builder) {}
+  bool runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) override;
+  void getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const override {};
+  void *getPassID() const override { return &ID; }
+};
+
+class SysYCondBr2BrPass : public OptimizationPass {
+private:
+  IRBuilder *pBuilder;
+public:
+  static void *ID;
+  SysYCondBr2BrPass(IRBuilder *builder) : OptimizationPass("SysYCondBr2BrPass", Granularity::Function), pBuilder(builder) {}
+  bool runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) override;
+  void getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const override {};
+  void *getPassID() const override { return &ID; }
+};
+
+}  // namespace sysy

src/include/midend/Pass/Optimize/SysYIROptUtils.h

@@ -0,0 +1,33 @@
+#pragma once
+
+#include "IR.h"
+
+namespace sysy {
+
+// 优化工具类，包含一些通用的优化方法
+// 这些方法可以在不同的优化 pass 中复用
+// 例如：删除use关系,判断是否是全局变量等
+class SysYIROptUtils{
+
+public:
+  // 仅仅删除use关系
+  static void usedelete(Instruction *instr) {
+    for (auto &use : instr->getOperands()) {
+      Value* val = use->getValue();
+      val->removeUse(use);
+    }
+  }
+
+  // 判断是否是全局变量
+  static bool isGlobal(Value *val) {
+    auto gval = dynamic_cast<GlobalValue *>(val);
+    return gval != nullptr;
+  }
+  // 判断是否是数组
+  static bool isArr(Value *val) {
+    auto aval = dynamic_cast<AllocaInst *>(val);
+  return aval != nullptr && aval->getNumDims() != 0;
+  }
+};
+
+}// namespace sysy

src/include/midend/Pass/Pass.h

@@ -0,0 +1,324 @@
+#pragma once
+
+#include <functional> // For std::function
+#include <map>
+#include <memory>
+#include <set>
+#include <string>
+#include <typeindex> // For std::type_index (although void* ID is more common in LLVM)
+#include <vector>
+#include <type_traits>
+#include "IR.h"
+#include "IRBuilder.h"
+
+extern int DEBUG; // 全局调试标志
+
+namespace sysy {
+
+//前向声明
+class PassManager;
+class AnalysisManager;
+
+// 抽象基类：分析结果
+class AnalysisResultBase {
+public:
+  virtual ~AnalysisResultBase() = default;
+};
+
+// 抽象基类：Pass
+class Pass {
+public:
+  enum class Granularity { Module, Function, BasicBlock };
+
+  enum class PassKind { Analysis, Optimization };
+
+  Pass(const std::string &name, Granularity g, PassKind k) : Name(name), G(g), K(k) {}
+  virtual ~Pass() = default;
+
+  const std::string &getName() const { return Name; }
+  Granularity getGranularity() const { return G; }
+  PassKind getPassKind() const { return K; }
+
+  virtual bool runOnModule(Module *M, AnalysisManager& AM) { return false; }
+  virtual bool runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) { return false; }
+  virtual bool runOnBasicBlock(BasicBlock *BB, AnalysisManager& AM) { return false; }
+
+  // 所有 Pass 都必须提供一个唯一的 ID
+  // 这通常是一个静态成员，并在 Pass 类外部定义
+  virtual void *getPassID() const = 0;
+
+protected:
+  std::string Name;
+  Granularity G;
+  PassKind K;
+};
+
+// 抽象基类：分析遍
+class AnalysisPass : public Pass {
+public:
+  AnalysisPass(const std::string &name, Granularity g) : Pass(name, g, PassKind::Analysis) {}
+
+  virtual std::unique_ptr<AnalysisResultBase> getResult() = 0;
+};
+
+// 抽象基类：优化遍
+class OptimizationPass : public Pass {
+public:
+  OptimizationPass(const std::string &name, Granularity g) : Pass(name, g, PassKind::Optimization) {}
+
+  virtual void getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const {
+    // 默认不依赖也不修改任何分析
+  }
+};
+
+// ======================================================================
+// PassRegistry: 全局 Pass 注册表 (单例)
+// ======================================================================
+class PassRegistry {
+public:
+  // Pass 工厂函数类型：返回 Pass 的唯一指针
+  using PassFactory = std::function<std::unique_ptr<Pass>()>;
+
+  // 获取 PassRegistry 实例 (单例模式)
+  static PassRegistry &getPassRegistry() {
+    static PassRegistry instance;
+    return instance;
+  }
+
+  // 注册一个 Pass
+  // passID 是 Pass 类的唯一静态 ID (例如 MyPass::ID 的地址)
+  // factory 是一个 lambda 或函数指针，用于创建该 Pass 的实例
+  void registerPass(void *passID, PassFactory factory) {
+    if (factories.count(passID)) {
+      // Error: Pass with this ID already registered
+      // You might want to throw an exception or log an error
+      return;
+    }
+    factories[passID] = std::move(factory);
+  }
+
+  // 通过 Pass ID 创建一个 Pass 实例
+  std::unique_ptr<Pass> createPass(void *passID) {
+    auto it = factories.find(passID);
+    if (it == factories.end()) {
+      // Error: Pass with this ID not registered
+      return nullptr;
+    }
+    return it->second(); // 调用工厂函数创建实例
+  }
+
+private:
+  PassRegistry() = default; // 私有构造函数，实现单例
+  ~PassRegistry() = default;
+  PassRegistry(const PassRegistry &) = delete;            // 禁用拷贝构造
+  PassRegistry &operator=(const PassRegistry &) = delete; // 禁用赋值操作
+
+  std::map<void *, PassFactory> factories;
+};
+
+// ======================================================================
+// AnalysisManager: 负责管理和提供分析结果
+// ======================================================================
+class AnalysisManager {
+private:
+  Module *pModuleRef; // 指向被分析的Module
+
+  // 缓存不同粒度的分析结果
+  std::map<void *, std::unique_ptr<AnalysisResultBase>> moduleCachedResults;
+  std::map<std::pair<Function *, void *>, std::unique_ptr<AnalysisResultBase>> functionCachedResults;
+  std::map<std::pair<BasicBlock *, void *>, std::unique_ptr<AnalysisResultBase>> basicBlockCachedResults;
+
+
+public:
+  // 构造函数接收 Module 指针
+  AnalysisManager(Module *M) : pModuleRef(M) {}
+  AnalysisManager() = delete; // 禁止无参构造
+
+  ~AnalysisManager() = default;
+
+  // 获取分析结果的通用模板函数
+  // T 是 AnalysisResult 的具体类型，E 是 AnalysisPass 的具体类型
+  // F 和 BB 参数用于提供上下文，根据分析遍的粒度来使用
+  template <typename T, typename E> T *getAnalysisResult(Function *F = nullptr, BasicBlock *BB = nullptr) {
+    void *analysisID = E::ID; // 获取分析遍的唯一 ID
+
+    // 尝试从注册表创建分析遍实例
+    std::unique_ptr<Pass> basePass = PassRegistry::getPassRegistry().createPass(analysisID);
+    if (!basePass) {
+      // Error: Analysis pass not registered
+      std::cerr << "Error: Analysis pass with ID " << analysisID << " not registered.\n";
+      return nullptr;
+    }
+    AnalysisPass *analysisPass = static_cast<AnalysisPass *>(basePass.get());
+
+    if(DEBUG){
+      std::cout << "Running Analysis Pass: " << analysisPass->getName() << "\n";
+    }
+    // 根据分析遍的粒度处理
+    switch (analysisPass->getGranularity()) {
+      case Pass::Granularity::Module: {
+        // 检查是否已存在有效结果
+        auto it = moduleCachedResults.find(analysisID);
+        if (it != moduleCachedResults.end()) {
+          return static_cast<T *>(it->second.get()); // 返回缓存结果
+        }
+        // 运行模块级分析遍
+        if (!pModuleRef) {
+          std::cerr << "Error: Module reference not set for AnalysisManager to run Module Pass.\n";
+          return nullptr;
+        }
+        analysisPass->runOnModule(pModuleRef, *this);
+        // 获取结果并缓存
+        std::unique_ptr<AnalysisResultBase> result = analysisPass->getResult();
+        T *specificResult = static_cast<T *>(result.get());
+        moduleCachedResults[analysisID] = std::move(result); // 缓存结果
+        return specificResult;
+      }
+      case Pass::Granularity::Function: {
+        // 检查请求的上下文是否正确
+        if (!F) {
+          std::cerr << "Error: Function context required for Function-level Analysis Pass.\n";
+          return nullptr;
+        }
+        // 检查是否已存在有效结果
+        auto it = functionCachedResults.find({F, analysisID});
+        if (it != functionCachedResults.end()) {
+          return static_cast<T *>(it->second.get()); // 返回缓存结果
+        }
+        // 运行函数级分析遍
+        analysisPass->runOnFunction(F, *this);
+        // 获取结果并缓存
+        std::unique_ptr<AnalysisResultBase> result = analysisPass->getResult();
+        T *specificResult = static_cast<T *>(result.get());
+        functionCachedResults[{F, analysisID}] = std::move(result); // 缓存结果
+        return specificResult;
+      }
+      case Pass::Granularity::BasicBlock: {
+        // 检查请求的上下文是否正确
+        if (!BB) {
+          std::cerr << "Error: BasicBlock context required for BasicBlock-level Analysis Pass.\n";
+          return nullptr;
+        }
+        // 检查是否已存在有效结果
+        auto it = basicBlockCachedResults.find({BB, analysisID});
+        if (it != basicBlockCachedResults.end()) {
+          return static_cast<T *>(it->second.get()); // 返回缓存结果
+        }
+        // 运行基本块级分析遍
+        analysisPass->runOnBasicBlock(BB, *this);
+        // 获取结果并缓存
+        std::unique_ptr<AnalysisResultBase> result = analysisPass->getResult();
+        T *specificResult = static_cast<T *>(result.get());
+        basicBlockCachedResults[{BB, analysisID}] = std::move(result); // 缓存结果
+        return specificResult;
+      }
+    }
+    return nullptr; // 不会到达这里
+  }
+
+  // 使所有分析结果失效 (当 IR 被修改时调用)
+  void invalidateAllAnalyses() {
+    moduleCachedResults.clear();
+    functionCachedResults.clear();
+    basicBlockCachedResults.clear();
+  }
+
+  // 使特定分析结果失效
+  // void *analysisID: 要失效的分析的ID
+  // Function *F: 如果是函数级分析，指定函数；如果是模块级或基本块级，则为nullptr (取决于调用方式)
+  // BasicBlock *BB: 如果是基本块级分析，指定基本块；否则为nullptr
+  void invalidateAnalysis(void *analysisID, Function *F = nullptr, BasicBlock *BB = nullptr) {
+    if (BB) {
+      // 使特定基本块的特定分析结果失效
+      basicBlockCachedResults.erase({BB, analysisID});
+    } else if (F) {
+      // 使特定函数的特定分析结果失效 (也可能包含聚合的BasicBlock结果)
+      functionCachedResults.erase({F, analysisID});
+      // 遍历所有属于F的基本块，使其BasicBlockCache失效 (如果该分析是BasicBlock粒度的)
+      // 这需要遍历F的所有基本块，效率较低，更推荐在BasicBlockPass的invalidateAnalysisUsage中精确指定
+      // 或者在Function级别的invalidate时，清空该Function的所有BasicBlock分析
+      // 这里的实现简单地清空该Function下所有该ID的BasicBlock缓存
+      for (auto it = basicBlockCachedResults.begin(); it != basicBlockCachedResults.end(); ) {
+          // 假设BasicBlock::getParent()方法存在，可以获取所属Function
+          if (it->first.second == analysisID /* && it->first.first->getParent() == F */) { // 需要BasicBlock能获取其父函数
+              it = basicBlockCachedResults.erase(it);
+          } else {
+              ++it;
+          }
+      }
+
+    } else {
+      // 使所有函数的特定分析结果失效 (Module级和所有Function/BasicBlock级)
+      moduleCachedResults.erase(analysisID);
+      for (auto it = functionCachedResults.begin(); it != functionCachedResults.end(); ) {
+        if (it->first.second == analysisID) {
+          it = functionCachedResults.erase(it);
+        } else {
+          ++it;
+        }
+      }
+      for (auto it = basicBlockCachedResults.begin(); it != basicBlockCachedResults.end(); ) {
+        if (it->first.second == analysisID) {
+          it = basicBlockCachedResults.erase(it);
+        } else {
+          ++it;
+        }
+      }
+    }
+  }
+};
+
+// ======================================================================
+// PassManager：遍管理器
+// ======================================================================
+class PassManager {
+private:
+  std::vector<std::unique_ptr<Pass>> passes;
+  AnalysisManager analysisManager;
+  Module *pmodule;
+  IRBuilder *pBuilder;
+
+public:
+  PassManager() = default;
+  ~PassManager() = default;
+
+  PassManager(Module *module, IRBuilder *builder) : pmodule(module) ,pBuilder(builder), analysisManager(module) {}
+  
+  // 运行所有注册的遍
+  bool run();
+  
+  // 运行优化管道主要负责注册和运行优化遍
+  // 这里可以根据 optLevel 和 DEBUG 控制不同的优化遍
+  void runOptimizationPipeline(Module* moduleIR, IRBuilder* builder, int optLevel);
+
+  // 添加遍：现在接受 Pass 的 ID，而不是直接的 unique_ptr
+  void addPass(void *passID);
+
+  AnalysisManager &getAnalysisManager() { return analysisManager; }
+
+  void clearPasses();
+  
+  // 输出pass列表并打印IR信息供观察优化遍效果
+  void printPasses() const;
+};
+
+// ======================================================================
+// 辅助宏或函数，用于简化 Pass 的注册
+// ======================================================================
+
+// 用于分析遍的注册
+template <typename AnalysisPassType> void registerAnalysisPass();
+
+// (1) 针对需要 IRBuilder 参数的优化遍的重载
+// 这个模板只在 OptimizationPassType 可以通过 IRBuilder* 构造时才有效
+template <typename OptimizationPassType, typename std::enable_if<
+    std::is_constructible<OptimizationPassType, IRBuilder*>::value, int>::type = 0>
+void registerOptimizationPass(IRBuilder* builder);
+
+// (2) 针对不需要 IRBuilder 参数的所有其他优化遍的重载
+// 这个模板只在 OptimizationPassType 不能通过 IRBuilder* 构造时才有效
+template <typename OptimizationPassType, typename std::enable_if<
+    !std::is_constructible<OptimizationPassType, IRBuilder*>::value, int>::type = 0>
+void registerOptimizationPass();
+
+} // namespace sysy