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2025-07-29 21:30:30 +08:00
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commit 09ae47924e
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@@ -0,0 +1,202 @@
#include "Dom.h"
#include <limits> // for std::numeric_limits
#include <queue>
namespace sysy {
// 初始化 支配树静态 ID
void *DominatorTreeAnalysisPass::ID = (void *)&DominatorTreeAnalysisPass::ID;
// ==============================================================
// DominatorTree 结果类的实现
// ==============================================================
DominatorTree::DominatorTree(Function *F) : AssociatedFunction(F) {
// 构造时可以不计算,在分析遍运行里计算并填充
}
const std::set<BasicBlock *> *DominatorTree::getDominators(BasicBlock *BB) const {
auto it = Dominators.find(BB);
if (it != Dominators.end()) {
return &(it->second);
}
return nullptr;
}
BasicBlock *DominatorTree::getImmediateDominator(BasicBlock *BB) const {
auto it = IDoms.find(BB);
if (it != IDoms.end()) {
return it->second;
}
return nullptr;
}
const std::set<BasicBlock *> *DominatorTree::getDominanceFrontier(BasicBlock *BB) const {
auto it = DominanceFrontiers.find(BB);
if (it != DominanceFrontiers.end()) {
return &(it->second);
}
return nullptr;
}
const std::set<BasicBlock*>* DominatorTree::getDominatorTreeChildren(BasicBlock* BB) const {
auto it = DominatorTreeChildren.find(BB);
if (it != DominatorTreeChildren.end()) {
return &(it->second);
}
return nullptr;
}
void DominatorTree::computeDominators(Function *F) {
// 经典的迭代算法计算支配者集合
// TODO: 可以替换为更高效的算法,如 Lengauer-Tarjan 算法
BasicBlock *entryBlock = F->getEntryBlock();
for (const auto &bb_ptr : F->getBasicBlocks()) {
BasicBlock *bb = bb_ptr.get();
if (bb == entryBlock) {
Dominators[bb].insert(bb);
} else {
for (const auto &all_bb_ptr : F->getBasicBlocks()) {
Dominators[bb].insert(all_bb_ptr.get());
}
}
}
bool changed = true;
while (changed) {
changed = false;
for (const auto &bb_ptr : F->getBasicBlocks()) {
BasicBlock *bb = bb_ptr.get();
if (bb == entryBlock)
continue;
std::set<BasicBlock *> newDom;
bool firstPred = true;
for (BasicBlock *pred : bb->getPredecessors()) {
if (Dominators.count(pred)) {
if (firstPred) {
newDom = Dominators[pred];
firstPred = false;
} else {
std::set<BasicBlock *> intersection;
std::set_intersection(newDom.begin(), newDom.end(), Dominators[pred].begin(), Dominators[pred].end(),
std::inserter(intersection, intersection.begin()));
newDom = intersection;
}
}
}
newDom.insert(bb);
if (newDom != Dominators[bb]) {
Dominators[bb] = newDom;
changed = true;
}
}
}
}
void DominatorTree::computeIDoms(Function *F) {
// 采用与之前类似的简化实现。TODO:Lengauer-Tarjan等算法。
BasicBlock *entryBlock = F->getEntryBlock();
IDoms[entryBlock] = nullptr;
for (const auto &bb_ptr : F->getBasicBlocks()) {
BasicBlock *bb = bb_ptr.get();
if (bb == entryBlock)
continue;
BasicBlock *currentIDom = nullptr;
const std::set<BasicBlock *> *domsOfBB = getDominators(bb);
if (!domsOfBB)
continue;
for (BasicBlock *D : *domsOfBB) {
if (D == bb)
continue;
bool isCandidateIDom = true;
for (BasicBlock *candidate : *domsOfBB) {
if (candidate == bb || candidate == D)
continue;
const std::set<BasicBlock *> *domsOfCandidate = getDominators(candidate);
if (domsOfCandidate && domsOfCandidate->count(D) == 0 && domsOfBB->count(candidate)) {
isCandidateIDom = false;
break;
}
}
if (isCandidateIDom) {
currentIDom = D;
break;
}
}
IDoms[bb] = currentIDom;
}
}
void DominatorTree::computeDominanceFrontiers(Function *F) {
// 经典的支配边界计算算法
for (const auto &bb_ptr_X : F->getBasicBlocks()) {
BasicBlock *X = bb_ptr_X.get();
DominanceFrontiers[X].clear();
for (BasicBlock *Y : X->getSuccessors()) {
const std::set<BasicBlock *> *domsOfY = getDominators(Y);
if (domsOfY && domsOfY->find(X) == domsOfY->end()) {
DominanceFrontiers[X].insert(Y);
}
}
const std::set<BasicBlock *> *domsOfX = getDominators(X);
if (!domsOfX)
continue;
for (const auto &bb_ptr_Z : F->getBasicBlocks()) {
BasicBlock *Z = bb_ptr_Z.get();
if (Z == X)
continue;
const std::set<BasicBlock *> *domsOfZ = getDominators(Z);
if (domsOfZ && domsOfZ->count(X) && Z != X) {
for (BasicBlock *Y : Z->getSuccessors()) {
const std::set<BasicBlock *> *domsOfY = getDominators(Y);
if (domsOfY && domsOfY->find(X) == domsOfY->end()) {
DominanceFrontiers[X].insert(Y);
}
}
}
}
}
}
void DominatorTree::computeDominatorTreeChildren(Function *F) {
for (auto &bb_ptr : F->getBasicBlocks()) {
BasicBlock *B = bb_ptr.get();
auto it = getImmediateDominator(B);
if (it != nullptr) {
BasicBlock *A = it;
if (A) {
DominatorTreeChildren[A].insert(B);
}
}
}
}
// ==============================================================
// DominatorTreeAnalysisPass 的实现
// ==============================================================
bool DominatorTreeAnalysisPass::runOnFunction(Function* F, AnalysisManager &AM) {
CurrentDominatorTree = std::make_unique<DominatorTree>(F);
CurrentDominatorTree->computeDominators(F);
CurrentDominatorTree->computeIDoms(F);
CurrentDominatorTree->computeDominanceFrontiers(F);
CurrentDominatorTree->computeDominatorTreeChildren(F);
return false;
}
std::unique_ptr<AnalysisResultBase> DominatorTreeAnalysisPass::getResult() {
// 返回计算好的 DominatorTree 实例,所有权转移给 AnalysisManager
return std::move(CurrentDominatorTree);
}
} // namespace sysy

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@@ -0,0 +1,160 @@
#include "Liveness.h"
#include <algorithm> // For std::set_union, std::set_difference
#include <iostream>
#include <queue> // Potentially for worklist, though not strictly needed for the iterative approach below
#include <set> // For std::set
namespace sysy {
// 初始化静态 ID
void *LivenessAnalysisPass::ID = (void *)&LivenessAnalysisPass::ID;
// ==============================================================
// LivenessAnalysisResult 结果类的实现
// ==============================================================
const std::set<Value *> *LivenessAnalysisResult::getLiveIn(BasicBlock *BB) const {
auto it = liveInSets.find(BB);
if (it != liveInSets.end()) {
return &(it->second);
}
// 返回一个空集合,表示未找到或不存在
static const std::set<Value *> emptySet;
return &emptySet;
}
const std::set<Value *> *LivenessAnalysisResult::getLiveOut(BasicBlock *BB) const {
auto it = liveOutSets.find(BB);
if (it != liveOutSets.end()) {
return &(it->second);
}
static const std::set<Value *> emptySet;
return &emptySet;
}
void LivenessAnalysisResult::computeDefUse(BasicBlock *BB, std::set<Value *> &def, std::set<Value *> &use) {
def.clear(); // 将持有在 BB 中定义的值
use.clear(); // 将持有在 BB 中使用但在其定义之前的值
// 临时集合,用于跟踪当前基本块中已经定义过的变量
std::set<Value *> defined_in_block_so_far;
// 按照指令在块中的顺序遍历
for (const auto &inst_ptr : BB->getInstructions()) {
Instruction *inst = inst_ptr.get();
// 1. 处理指令的操作数 (Use) - 在定义之前的使用
for (const auto &use_ptr : inst->getOperands()) { // 修正迭代器类型
Value *operand = use_ptr->getValue(); // 从 shared_ptr<Use> 获取 Value*
// 过滤掉常量和全局变量,因为它们通常不被视为活跃变量
ConstantValue *constValue = dynamic_cast<ConstantValue *>(operand);
GlobalValue *globalValue = dynamic_cast<GlobalValue *>(operand);
if (constValue || globalValue) {
continue; // 跳过常量和全局变量
}
// 如果操作数是一个变量Instruction 或 Argument并且它在此基本块的当前点之前尚未被定义
if (defined_in_block_so_far.find(operand) == defined_in_block_so_far.end()) {
use.insert(operand);
}
}
// 2. 处理指令自身产生的定义 (Def)
if (inst->isDefine()) { // 使用 isDefine() 方法
// 指令自身定义了一个值。将其添加到块的 def 集合,
// 并添加到当前块中已定义的值的临时集合。
def.insert(inst); // inst 本身就是被定义的值(例如,虚拟寄存器)
defined_in_block_so_far.insert(inst);
}
}
}
void LivenessAnalysisResult::computeLiveness(Function *F) {
// 每次计算前清空旧结果
liveInSets.clear(); // 直接清空 map不再使用 F 作为键
liveOutSets.clear(); // 直接清空 map
// 初始化所有基本块的 LiveIn 和 LiveOut 集合为空
for (const auto &bb_ptr : F->getBasicBlocks()) {
BasicBlock *bb = bb_ptr.get();
liveInSets[bb] = {}; // 直接以 bb 为键
liveOutSets[bb] = {}; // 直接以 bb 为键
}
bool changed = true;
while (changed) {
changed = false;
// TODO : 目前为逆序遍历基本块,考虑反向拓扑序遍历基本块
// 逆序遍历基本块
// std::list<std::unique_ptr<BasicBlock>> basicBlocks(F->getBasicBlocks().begin(), F->getBasicBlocks().end());
// std::reverse(basicBlocks.begin(), basicBlocks.end());
// 然后遍历 basicBlocks
// 创建一个 BasicBlock* 的列表来存储指针,避免拷贝 unique_ptr
// Option 1: Using std::vector<BasicBlock*> (preferred for performance with reverse)
std::vector<BasicBlock*> basicBlocksPointers;
for (const auto& bb_ptr : F->getBasicBlocks()) {
basicBlocksPointers.push_back(bb_ptr.get());
}
std::reverse(basicBlocksPointers.begin(), basicBlocksPointers.end());
for (auto bb_iter = basicBlocksPointers.begin(); bb_iter != basicBlocksPointers.end(); ++bb_iter) {
BasicBlock *bb = *bb_iter; // 获取 BasicBlock 指针
if (!bb)
continue; // 避免空指针
std::set<Value *> oldLiveIn = liveInSets[bb];
std::set<Value *> oldLiveOut = liveOutSets[bb];
// 1. 计算 LiveOut(BB) = Union(LiveIn(Succ) for Succ in Successors(BB))
std::set<Value *> newLiveOut;
for (BasicBlock *succ : bb->getSuccessors()) {
const std::set<Value *> *succLiveIn = getLiveIn(succ); // 获取后继的 LiveIn
if (succLiveIn) {
newLiveOut.insert(succLiveIn->begin(), succLiveIn->end());
}
}
liveOutSets[bb] = newLiveOut;
// 2. 计算 LiveIn(BB) = Use(BB) Union (LiveOut(BB) - Def(BB))
std::set<Value *> defSet, useSet;
computeDefUse(bb, defSet, useSet); // 计算当前块的 Def 和 Use
std::set<Value *> liveOutMinusDef;
std::set_difference(newLiveOut.begin(), newLiveOut.end(), defSet.begin(), defSet.end(),
std::inserter(liveOutMinusDef, liveOutMinusDef.begin()));
std::set<Value *> newLiveIn = useSet;
newLiveIn.insert(liveOutMinusDef.begin(), liveOutMinusDef.end());
liveInSets[bb] = newLiveIn;
// 检查是否发生变化
if (oldLiveIn != newLiveIn || oldLiveOut != newLiveOut) {
changed = true;
}
}
}
}
// ==============================================================
// LivenessAnalysisPass 的实现
// ==============================================================
bool LivenessAnalysisPass::runOnFunction(Function *F, AnalysisManager &AM) {
// 每次运行创建一个新的 LivenessAnalysisResult 对象来存储结果
CurrentLivenessResult = std::make_unique<LivenessAnalysisResult>(F);
// 调用 LivenessAnalysisResult 内部的方法来计算分析结果
CurrentLivenessResult->computeLiveness(F);
// 分析遍通常不修改 IR所以返回 false
return false;
}
std::unique_ptr<AnalysisResultBase> LivenessAnalysisPass::getResult() {
// 返回计算好的 LivenessAnalysisResult 实例,所有权转移给 AnalysisManager
return std::move(CurrentLivenessResult);
}
} // namespace sysy

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@@ -0,0 +1,140 @@
#include "DCE.h" // 包含DCE遍的头文件
#include "IR.h" // 包含IR相关的定义
#include "SysYIROptUtils.h" // 包含SysY IR优化工具类的定义
#include <cassert> // 用于断言
#include <iostream> // 用于调试输出
#include <set> // 包含set虽然DCEContext内部用unordered_set但这里保留
namespace sysy {
// DCE 遍的静态 ID
void *DCE::ID = (void *)&DCE::ID;
// ======================================================================
// DCEContext 类的实现
// 封装了 DCE 遍的核心逻辑和状态,确保每次函数优化运行时状态独立
// ======================================================================
// DCEContext 的 run 方法实现
void DCEContext::run(Function *func, AnalysisManager *AM, bool &changed) {
// 清空活跃指令集合,确保每次运行都是新的状态
alive_insts.clear();
// 第一次遍历:扫描所有指令,识别“天然活跃”的指令并将其及其依赖标记为活跃
// 使用 func->getBasicBlocks() 获取基本块列表,保留用户风格
auto basicBlocks = func->getBasicBlocks();
for (auto &basicBlock : basicBlocks) {
// 确保基本块有效
if (!basicBlock)
continue;
// 使用 basicBlock->getInstructions() 获取指令列表,保留用户风格
for (auto &inst : basicBlock->getInstructions()) {
// 确保指令有效
if (!inst)
continue;
// 调用 DCEContext 自身的 isAlive 和 addAlive 方法
if (isAlive(inst.get())) {
addAlive(inst.get());
}
}
}
// 第二次遍历:删除所有未被标记为活跃的指令。
for (auto &basicBlock : basicBlocks) {
if (!basicBlock)
continue;
// 使用传统的迭代器循环,并手动管理迭代器,
// 以便在删除元素后正确前进。保留用户风格
for (auto instIter = basicBlock->getInstructions().begin(); instIter != basicBlock->getInstructions().end();) {
auto &inst = *instIter;
Instruction *currentInst = inst.get();
// 如果指令不在活跃集合中,则删除它。
// 分支和返回指令由 isAlive 处理,并会被保留。
if (alive_insts.count(currentInst) == 0) {
// 删除指令,保留用户风格的 SysYIROptUtils::usedelete 和 erase
changed = true; // 标记 IR 已被修改
SysYIROptUtils::usedelete(currentInst);
instIter = basicBlock->getInstructions().erase(instIter); // 删除后返回下一个迭代器
} else {
++instIter; // 指令活跃,移动到下一个
}
}
}
}
// 判断指令是否是“天然活跃”的实现
// 只有具有副作用的指令(如存储、函数调用、原子操作)
// 和控制流指令(如分支、返回)是天然活跃的。
bool DCEContext::isAlive(Instruction *inst) {
// TODO: 后续程序并发考虑原子操作
// 其结果不被其他指令使用的指令(例如 StoreInst, BranchInst, ReturnInst
// dynamic_cast<ir::CallInst>(inst) 检查是否是函数调用指令,
// 函数调用通常有副作用。
// 终止指令 (BranchInst, ReturnInst) 必须是活跃的,因为它控制了程序的执行流程。
// 保留用户提供的 isAlive 逻辑
bool isBranchOrReturn = inst->isBranch() || inst->isReturn();
bool isCall = inst->isCall();
bool isStoreOrMemset = inst->isStore() || inst->isMemset();
return isBranchOrReturn || isCall || isStoreOrMemset;
}
// 递归地将活跃指令及其依赖加入到 alive_insts 集合中
void DCEContext::addAlive(Instruction *inst) {
// 如果指令已经存在于活跃集合中,则无需重复处理
if (alive_insts.count(inst) > 0) {
return;
}
// 将当前指令标记为活跃
alive_insts.insert(inst);
// 遍历当前指令的所有操作数
// 保留用户提供的 getOperands() 和 getValue()
for (auto operand : inst->getOperands()) {
// 如果操作数是一个指令(即它是一个值的定义),
// 并且它还没有被标记为活跃
if (auto opInst = dynamic_cast<Instruction *>(operand->getValue())) {
addAlive(opInst); // 递归地将操作数指令标记为活跃
}
}
}
// ======================================================================
// DCE Pass 类的实现
// 主要负责与 PassManager 交互,创建 DCEContext 实例并运行优化
// ======================================================================
// DCE 遍的 runOnFunction 方法实现
bool DCE::runOnFunction(Function *func, AnalysisManager &AM) {
DCEContext ctx;
bool changed = false;
ctx.run(func, &AM, changed); // 运行 DCE 优化
// 如果 IR 被修改,则使相关的分析结果失效
if (changed) {
// DCE 会删除指令,这会影响数据流分析,尤其是活跃性分析。
// 如果删除导致基本块变空,也可能间接影响 CFG 和支配树。
// AM.invalidateAnalysis(&LivenessAnalysisPass::ID, func); // 活跃性分析失效
// AM.invalidateAnalysis(&DominatorTreeAnalysisPass::ID, func); // 支配树分析可能失效
// 其他所有依赖于数据流或 IR 结构的分析都可能失效。
}
return changed;
}
// 声明DCE遍的分析依赖和失效信息
void DCE::getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const {
// DCE不依赖特定的分析结果它通过遍历和副作用判断来工作。
// DCE会删除指令这会影响许多分析结果。
// 至少,它会影响活跃性分析、支配树、控制流图(如果删除导致基本块为空并被合并)。
// 假设存在LivenessAnalysisPass和DominatorTreeAnalysisPass
// analysisInvalidations.insert(&LivenessAnalysisPass::ID);
// analysisInvalidations.insert(&DominatorTreeAnalysisPass::ID);
// 任何改变IR结构的优化都可能导致通用分析如活跃性、支配树、循环信息失效。
// 最保守的做法是使所有函数粒度的分析失效,或者只声明你明确知道会受影响的分析。
// 考虑到这个DCE仅删除指令如果它不删除基本块CFG可能不变但数据流分析会失效。
// 对于更激进的DCE如ADCECFG也会改变。
// 这里我们假设它主要影响数据流分析并且可能间接影响CFG相关分析。
// 如果有SideEffectInfo它也可能被修改但通常SideEffectInfo是静态的不因DCE而变。
}
} // namespace sysy

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@@ -0,0 +1,388 @@
#include "Mem2Reg.h" // 包含 Mem2Reg 遍的头文件
#include "Dom.h" // 包含支配树分析的头文件
#include "Liveness.h"
#include "IR.h" // 包含 IR 相关的定义
#include "SysYIROptUtils.h"
#include <cassert> // 用于断言
#include <iostream> // 用于调试输出
namespace sysy {
void *Mem2Reg::ID = (void *)&Mem2Reg::ID;
void Mem2RegContext::run(Function *func, AnalysisManager *AM) {
if (func->getBasicBlocks().empty()) {
return;
}
// 清空所有状态,确保每次运行都是新的状态
promotableAllocas.clear();
allocaToPhiMap.clear();
allocaToValueStackMap.clear();
allocaToStoresMap.clear();
allocaToDefBlocksMap.clear();
// 获取支配树分析结果
dt = AM->getAnalysisResult<DominatorTree, DominatorTreeAnalysisPass>(func);
assert(dt && "DominatorTreeAnalysisResult not available for Mem2Reg!");
// --------------------------------------------------------------------
// 阶段1: 识别可提升的 AllocaInst 并收集其 Store 指令
// --------------------------------------------------------------------
// 遍历函数入口块?中的所有指令,寻找 AllocaInst
// 必须是要入口块的吗
for (auto &inst : func->getEntryBlock()->getInstructions_Range()) {
Value *allocainst = inst.get();
if (auto alloca = dynamic_cast<AllocaInst *>(allocainst)) {
if (isPromotableAlloca(alloca)) {
promotableAllocas.push_back(alloca);
collectStores(alloca); // 收集所有对该 alloca 的 store
}
}
}
// --------------------------------------------------------------------
// 阶段2: 插入 Phi 指令
// --------------------------------------------------------------------
for (auto alloca : promotableAllocas) {
// 为每个可提升的 alloca 插入 Phi 指令
insertPhis(alloca, allocaToDefBlocksMap[alloca]);
}
// --------------------------------------------------------------------
// 阶段3: 变量重命名
// --------------------------------------------------------------------
// 为每个可提升的 alloca 初始化其值栈
for (auto alloca : promotableAllocas) {
// 初始值通常是 undef 或 null取决于 IR 类型系统
UndefinedValue *undefValue = UndefinedValue::get(alloca->getType()->as<PointerType>()->getBaseType());
allocaToValueStackMap[alloca].push(undefValue); // 压入一个初始的“未定义”值
}
// 从入口基本块开始,对支配树进行 DFS 遍历,进行变量重命名
renameVariables(nullptr, func->getEntryBlock()); // 第一个参数 alloca 在这里不使用,因为是递归入口点
// --------------------------------------------------------------------
// 阶段4: 清理
// --------------------------------------------------------------------
cleanup();
}
// 判断一个 AllocaInst 是否可以被提升到寄存器
bool Mem2RegContext::isPromotableAlloca(AllocaInst *alloca) {
// 1. 必须是标量类型非数组、非结构体sysy不支持结构体
if (alloca->getType()->as<PointerType>()->getBaseType()->isArray()) {
return false;
}
// 2. 其所有用途都必须是 LoadInst 或 StoreInst
// (或 GetElementPtrInst但 GEP 的结果也必须只被 Load/Store 使用)
for (auto use : alloca->getUses()) {
auto user = use->getUser();
if (!user)
return false; // 用户无效
if (dynamic_cast<LoadInst *>(user)) {
// OK
} else if (dynamic_cast<StoreInst *>(user)) {
// OK
} else if (auto gep = dynamic_cast<GetElementPtrInst *>(user)) {
// 如果是 GetElementPtrInst (GEP)
// 需要判断这个 GEP 是否代表了数组元素的访问,而非简单的指针操作
// LLVM 的 mem2reg 通常不提升用于数组元素访问的 alloca。
// 启发式判断:
// 如果 GEP 有多个索引(例如 `getelementptr i32, i32* %ptr, i32 0, i32 %idx`
// 或者第一个索引(对于指针类型)不是常量 0则很可能是数组访问。
// 对于 `alloca i32* %a.param` (对应 `int a[]` 参数),其 `allocatedType()` 是 `i32*`。
// 访问 `a[i]` 会生成类似 `getelementptr i32, i32* %a.param, i32 %i` 的 GEP。
// 这种 GEP 有两个操作数:基指针和索引。
// 检查 GEP 的操作数数量和索引值
// GEP 的操作数通常是:<base_pointer>, <index_1>, <index_2>, ...
// 对于一个 `i32*` 类型的 `alloca`,如果它被 GEP 使用,那么 GEP 的第一个索引通常是 `0`
// (表示解引用指针本身),后续索引才是数组元素的索引。
// 如果 GEP 的操作数数量大于 2 (即 `base_ptr` 和 `index_0` 之外还有其他索引)
// 或者 `index_0` 不是常量 0则它可能是一个复杂的数组访问。
// 假设 `gep->getNumOperands()` 和 `gep->getOperand(idx)->getValue()`
// 假设 `ConstantInt` 类用于表示常量整数值
if (gep->getNumOperands() > 2) { // 如果有超过一个索引(除了基指针的第一个隐式索引)
// std::cerr << "Mem2Reg: Not promotable (GEP with multiple indices): " << alloca->name() << std::endl;
return false; // 复杂 GEP通常表示数组或结构体字段访问
}
if (gep->getNumOperands() == 2) { // 只有基指针和一个索引
Value *firstIndexVal = gep->getOperand(1); // 获取第一个索引值
if (auto constInt = dynamic_cast<ConstantInteger *>(firstIndexVal)) {
if (constInt->getInt() != 0) {
// std::cerr << "Mem2Reg: Not promotable (GEP with non-zero first index): " << alloca->name() << std::endl;
return false; // 索引不是0表示访问数组的非第一个元素
}
} else {
// std::cerr << "Mem2Reg: Not promotable (GEP with non-constant first index): " << alloca->name() <<
// std::endl;
return false; // 索引不是常量,表示动态数组访问
}
}
// 此外GEP 的结果也必须只被 LoadInst 或 StoreInst 使用
for (auto gep_use : gep->getUses()) {
auto gep_user = gep_use->getUser();
if (!gep_user) {
// std::cerr << "Mem2Reg: Not promotable (GEP result null user): " << alloca->name() << std::endl;
return false;
}
if (!dynamic_cast<LoadInst *>(gep_user) && !dynamic_cast<StoreInst *>(gep_user)) {
// std::cerr << "Mem2Reg: Not promotable (GEP result used by non-load/store): " << alloca->name() <<
// std::endl;
return false; // GEP 结果被其他指令使用,地址逃逸或复杂用途
}
}
} else {
// 其他类型的用户,如 CallInst (如果地址逃逸),则不能提升
return false;
}
}
// 3. 不能是 volatile 内存访问 (假设 AllocaInst 有 isVolatile() 方法)
// if (alloca->isVolatile()) return false; // 如果有这样的属性
return true;
}
// 收集所有对给定 AllocaInst 进行存储的 StoreInst
void Mem2RegContext::collectStores(AllocaInst *alloca) {
// 遍历 alloca 的所有用途
for (auto use : alloca->getUses()) {
auto user = use->getUser();
if (!user)
continue;
if (auto storeInst = dynamic_cast<StoreInst *>(user)) {
allocaToStoresMap[alloca].insert(storeInst);
allocaToDefBlocksMap[alloca].insert(storeInst->getParent());
} else if (auto gep = dynamic_cast<GetElementPtrInst *>(user)) {
// 如果是 GEP递归收集其下游的 store
for (auto gep_use : gep->getUses()) {
if (auto gep_store = dynamic_cast<StoreInst *>(gep_use->getUser())) {
allocaToStoresMap[alloca].insert(gep_store);
allocaToDefBlocksMap[alloca].insert(gep_store->getParent());
}
}
}
}
}
// 为给定的 AllocaInst 插入必要的 Phi 指令
void Mem2RegContext::insertPhis(AllocaInst *alloca, const std::unordered_set<BasicBlock *> &defBlocks) {
std::queue<BasicBlock *> workQueue;
std::unordered_set<BasicBlock *> phiHasBeenInserted; // 记录已插入 Phi 的基本块
// 将所有定义块加入工作队列
for (auto bb : defBlocks) {
workQueue.push(bb);
}
while (!workQueue.empty()) {
BasicBlock *currentDefBlock = workQueue.front();
workQueue.pop();
// 遍历当前定义块的支配边界 (Dominance Frontier)
const std::set<BasicBlock *> *frontierBlocks = dt->getDominanceFrontier(currentDefBlock);
for (auto frontierBlock : *frontierBlocks) {
// 如果该支配边界块还没有为当前 alloca 插入 Phi 指令
if (phiHasBeenInserted.find(frontierBlock) == phiHasBeenInserted.end()) {
// 在支配边界块的开头插入一个新的 Phi 指令
// Phi 指令的类型与 alloca 的类型指向的类型相同
builder->setPosition(frontierBlock, frontierBlock->begin()); // 设置插入位置为基本块开头
PhiInst *phiInst = builder->createPhiInst(alloca->getAllocatedType(), {}, {}, "");
allocaToPhiMap[alloca][frontierBlock] = phiInst; // 记录 Phi 指令
phiHasBeenInserted.insert(frontierBlock); // 标记已插入 Phi
// 如果这个支配边界块本身也是一个定义块(即使没有 store但插入了 Phi
// 那么它的支配边界也可能需要插入 Phi
// 例如一个xx型的cfg如果在第一个交叉处插入phi节点那么第二个交叉处可能也需要插入phi
workQueue.push(frontierBlock);
}
}
}
}
// 对支配树进行深度优先遍历,重命名变量并替换 load/store 指令
void Mem2RegContext::renameVariables(AllocaInst *currentAlloca, BasicBlock *currentBB) {
// 维护一个局部栈,用于存储当前基本块中为 Phi 和 Store 创建的 SSA 值,以便在退出时弹出
std::stack<Value *> localStackPushed;
// --------------------------------------------------------------------
// 处理当前基本块的指令
// --------------------------------------------------------------------
for (auto instIter = currentBB->getInstructions().begin(); instIter != currentBB->getInstructions().end();) {
Instruction *inst = instIter->get();
bool instDeleted = false;
// 处理 Phi 指令 (如果是当前 alloca 的 Phi)
if (auto phiInst = dynamic_cast<PhiInst *>(inst)) {
// 检查这个 Phi 是否是为某个可提升的 alloca 插入的
for (auto alloca : promotableAllocas) {
if (allocaToPhiMap[alloca].count(currentBB) && allocaToPhiMap[alloca][currentBB] == phiInst) {
// 为 Phi 指令的输出创建一个新的 SSA 值,并压入值栈
allocaToValueStackMap[alloca].push(phiInst);
localStackPushed.push(phiInst); // 记录以便弹出
break; // 找到对应的 alloca处理下一个指令
}
}
}
// 处理 LoadInst
else if (auto loadInst = dynamic_cast<LoadInst *>(inst)) {
// 检查这个 LoadInst 是否是为某个可提升的 alloca
for (auto alloca : promotableAllocas) {
if (loadInst->getPointer() == alloca) {
// loadInst->getPointer() 返回 AllocaInst*
// 将 LoadInst 的所有用途替换为当前 alloca 值栈顶部的 SSA 值
assert(!allocaToValueStackMap[alloca].empty() && "Value stack empty for alloca during load replacement!");
loadInst->replaceAllUsesWith(allocaToValueStackMap[alloca].top());
// instIter = currentBB->force_delete_inst(loadInst); // 删除 LoadInst
SysYIROptUtils::usedelete(loadInst); // 仅删除 use 关系
instIter = currentBB->getInstructions().erase(instIter); // 删除 LoadInst
instDeleted = true;
// std::cerr << "Mem2Reg: Replaced load " << loadInst->name() << " with SSA value." << std::endl;
break;
}
}
}
// 处理 StoreInst
else if (auto storeInst = dynamic_cast<StoreInst *>(inst)) {
// 检查这个 StoreInst 是否是为某个可提升的 alloca
for (auto alloca : promotableAllocas) {
if (storeInst->getPointer() == alloca) {
// 假设 storeInst->getPointer() 返回 AllocaInst*
// 将 StoreInst 存储的值作为新的 SSA 值,压入值栈
allocaToValueStackMap[alloca].push(storeInst->getValue());
localStackPushed.push(storeInst->getValue()); // 记录以便弹出
SysYIROptUtils::usedelete(storeInst);
instIter = currentBB->getInstructions().erase(instIter); // 删除 StoreInst
instDeleted = true;
// std::cerr << "Mem2Reg: Replaced store to " << storeInst->ptr()->name() << " with SSA value." << std::endl;
break;
}
}
}
if (!instDeleted) {
++instIter; // 如果指令没有被删除,移动到下一个
}
}
// --------------------------------------------------------------------
// 处理后继基本块的 Phi 指令参数
// --------------------------------------------------------------------
for (auto successorBB : currentBB->getSuccessors()) {
if (!successorBB)
continue;
for (auto alloca : promotableAllocas) {
// 如果后继基本块包含为当前 alloca 插入的 Phi 指令
if (allocaToPhiMap[alloca].count(successorBB)) {
auto phiInst = allocaToPhiMap[alloca][successorBB];
// 为 Phi 指令添加来自当前基本块的参数
// 参数值是当前 alloca 值栈顶部的 SSA 值
assert(!allocaToValueStackMap[alloca].empty() && "Value stack empty for alloca when setting phi operand!");
phiInst->addIncoming(allocaToValueStackMap[alloca].top(), currentBB);
}
}
}
// --------------------------------------------------------------------
// 递归访问支配树的子节点
// --------------------------------------------------------------------
const std::set<BasicBlock *> *dominatedBlocks = dt->getDominatorTreeChildren(currentBB);
if(dominatedBlocks){
for (auto dominatedBB : *dominatedBlocks) {
if (dominatedBB) {
std::cout << "Mem2Reg: Recursively renaming variables in dominated block: " << dominatedBB->getName() << std::endl;
renameVariables(currentAlloca, dominatedBB);
}
}
}
// --------------------------------------------------------------------
// 退出基本块时,弹出在此块中压入值栈的 SSA 值
// --------------------------------------------------------------------
while (!localStackPushed.empty()) {
Value *val = localStackPushed.top();
localStackPushed.pop();
// 找到是哪个 alloca 对应的栈
for (auto alloca : promotableAllocas) {
if (!allocaToValueStackMap[alloca].empty() && allocaToValueStackMap[alloca].top() == val) {
allocaToValueStackMap[alloca].pop();
break;
}
}
}
}
// 删除所有原始的 AllocaInst、LoadInst 和 StoreInst
void Mem2RegContext::cleanup() {
for (auto alloca : promotableAllocas) {
if (alloca && alloca->getParent()) {
// 删除 alloca 指令本身
SysYIROptUtils::usedelete(alloca);
alloca->getParent()->removeInst(alloca); // 从基本块中删除 alloca
// std::cerr << "Mem2Reg: Deleted alloca " << alloca->name() << std::endl;
}
}
// LoadInst 和 StoreInst 已经在 renameVariables 阶段被删除了
}
// Mem2Reg 遍的 runOnFunction 方法实现
bool Mem2Reg::runOnFunction(Function *F, AnalysisManager &AM) {
// 记录初始的指令数量,用于判断优化是否发生了改变
size_t initial_inst_count = 0;
for (auto &bb : F->getBasicBlocks()) {
initial_inst_count += bb->getInstructions().size();
}
Mem2RegContext ctx(builder);
ctx.run(F, &AM); // 运行 Mem2Reg 优化
// 运行优化后,再次计算指令数量
size_t final_inst_count = 0;
for (auto &bb : F->getBasicBlocks()) {
final_inst_count += bb->getInstructions().size();
}
// 如果指令数量发生变化(通常是减少,因为 load/store 被删除phi 被添加),说明 IR 被修改了
// TODO不保险后续修改为更精确的判断
// 直接在添加和删除指令时维护changed值
bool changed = (initial_inst_count != final_inst_count);
// 如果 IR 被修改,则使相关的分析结果失效
if (changed) {
// Mem2Reg 会显著改变 IR 结构,特别是数据流和控制流(通过 Phi
// 这会使几乎所有数据流分析和部分控制流分析失效。
// AM.invalidateAnalysis(&DominatorTreeAnalysisPass::ID, F); // 支配树可能间接改变(如果基本块被删除)
// AM.invalidateAnalysis(&LivenessAnalysisPass::ID, F); // 活跃性分析肯定失效
// AM.invalidateAnalysis(&LoopInfoAnalysisPass::ID, F); // 循环信息可能失效
// AM.invalidateAnalysis(&SideEffectInfoAnalysisPass::ID); // 副作用分析可能失效(如果 Alloca/Load/Store
// 被替换为寄存器)
// ... 其他数据流分析,如到达定义、可用表达式等,也应失效
}
return changed;
}
// 声明Mem2Reg遍的分析依赖和失效信息
void Mem2Reg::getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const {
// Mem2Reg 强烈依赖于支配树分析来插入 Phi 指令
analysisDependencies.insert(&DominatorTreeAnalysisPass::ID); // 假设 DominatorTreeAnalysisPass 的 ID
// Mem2Reg 会删除 Alloca/Load/Store 指令,插入 Phi 指令,这会大幅改变 IR 结构。
// 因此,它会使许多分析结果失效。
analysisInvalidations.insert(&DominatorTreeAnalysisPass::ID); // 支配树可能受影响
analysisInvalidations.insert(&LivenessAnalysisPass::ID); // 活跃性分析肯定失效
// analysisInvalidations.insert(&LoopInfoAnalysisPass::ID); // 循环信息可能失效
// analysisInvalidations.insert(&SideEffectInfoAnalysisPass::ID); // 副作用分析可能失效
// 其他所有依赖于数据流或 IR 结构的分析都可能失效。
}
} // namespace sysy

View File

@@ -0,0 +1,289 @@
#include "Reg2Mem.h"
#include "SysYIROptUtils.h"
#include "SysYIRPrinter.h"
extern int DEBUG; // 全局调试标志
namespace sysy {
void *Reg2Mem::ID = (void *)&Reg2Mem::ID;
void Reg2MemContext::run(Function *func) {
if (func->getBasicBlocks().empty()) {
return;
}
// 清空状态,确保每次运行都是新的
valueToAllocaMap.clear();
// 阶段1: 识别并为 SSA Value 分配 AllocaInst
allocateMemoryForSSAValues(func);
// 阶段2: 将 Phi 指令转换为 Load/Store 逻辑 (此阶段需要先于通用 Load/Store 插入)
// 这样做是因为 Phi 指令的特殊性,它需要在前驱块的末尾插入 Store
// 如果先处理通用 Load/Store可能无法正确处理 Phi 的复杂性
rewritePhis(func); // Phi 指令可能在 rewritePhis 中被删除或标记删除
// 阶段3: 将其他 SSA Value 的使用替换为 Load/Store
insertLoadsAndStores(func);
// 阶段4: 清理(删除不再需要的 Phi 指令)
cleanup(func);
}
bool Reg2MemContext::isPromotableToMemory(Value *val) {
// 参数和指令结果是 SSA 值
if(DEBUG){
// if(val->getName() == ""){
// assert(false && "Value name should not be empty in Reg2MemContext::isPromotableToMemory");
// }
// std::cout << "Checking if value is promotable to memory: " << val->getName() << std::endl;
}
// if (dynamic_cast<Argument *>(val) || dynamic_cast<Instruction *>(val)) {
// // 如果值已经是指针类型,则通常不为其分配额外的内存,因为它已经是一个地址。
// // (除非我们想将其值也存储起来,这通常不用于 Reg2Mem
// // // Reg2Mem 关注的是将非指针值从寄存器语义转换为内存语义。
// if (val->getType()->isPointer()) {
// return false;
// }
// return true;
// }
// 1. 如果是 Argument则可以提升到内存
if (dynamic_cast<Argument *>(val)) {
// 参数类型i32, i32* 等)都可以为其分配内存
// 因为它们在 Mem2Reg 逆操作中,被认为是从寄存器分配到内存
return true;
}
if (dynamic_cast<PhiInst *>(val)) {
// Phi 指令的结果也是一个 SSA 值,需要将其转换为 Load/Store
return true;
}
return false;
}
void Reg2MemContext::allocateMemoryForSSAValues(Function *func) {
// AllocaInst 必须在函数的入口基本块中
BasicBlock *entryBlock = func->getEntryBlock();
if (!entryBlock) {
return; // 函数可能没有入口块 (例如声明)
}
// 1. 为函数参数分配内存
builder->setPosition(entryBlock, entryBlock->begin()); // 确保在入口块的开始位置插入
for (auto arg : func->getArguments()) {
// 默认情况下,将所有参数是提升到内存
if (isPromotableToMemory(arg)) {
// 参数的类型就是 AllocaInst 需要分配的类型
AllocaInst *alloca = builder->createAllocaInst(Type::getPointerType(arg->getType()), {}, arg->getName() + ".reg2mem");
// 将参数值 store 到 alloca 中 (这是 Mem2Reg 逆转的关键一步)
valueToAllocaMap[arg] = alloca;
// 确保 alloca 位于入口块的顶部,但在所有参数的 store 指令之前
// 通常 alloca 都在 entry block 的最开始
// 这里我们只是创建,并让 builder 决定插入位置 (通常在当前插入点)
// 如果需要严格控制顺序,可能需要手动 insert 到 instruction list
}
}
// 2. 为指令结果分配内存
// 遍历所有基本块和指令,找出所有需要分配 Alloca 的指令结果
for (auto &bb : func->getBasicBlocks()) {
for (auto &inst : bb->getInstructions_Range()) {
// SysYPrinter::printInst(inst.get());
// 只有有结果的指令才可能需要分配内存
// (例如 BinaryInst, CallInst, LoadInst, PhiInst 等)
// StoreInst, BranchInst, ReturnInst 等没有结果的指令不需要
if (dynamic_cast<AllocaInst*>(inst.get()) || inst.get()->getType()->isVoid()) {
continue;
}
if (isPromotableToMemory(inst.get())) {
// 为指令的结果分配内存
// AllocaInst 应该在入口块,而不是当前指令所在块
// 这里我们只是创建,并稍后调整其位置
// 通常的做法是在循环结束后统一将 alloca 放到 entryBlock 的顶部
AllocaInst *alloca = builder->createAllocaInst(Type::getPointerType(inst.get()->getType()), {}, inst.get()->getName() + ".reg2mem");
valueToAllocaMap[inst.get()] = alloca;
}
}
}
Instruction *firstNonAlloca = nullptr;
for (auto instIter = entryBlock->getInstructions().begin(); instIter != entryBlock->getInstructions().end(); instIter++) {
if (!dynamic_cast<AllocaInst*>(instIter->get())) {
firstNonAlloca = instIter->get();
break;
}
}
if (firstNonAlloca) {
builder->setPosition(entryBlock, entryBlock->findInstIterator(firstNonAlloca));
} else { // 如果 entryBlock 只有 AllocaInst 或为空,则设置到 terminator 前
builder->setPosition(entryBlock, entryBlock->terminator());
}
// 插入所有参数的初始 Store 指令
for (auto arg : func->getArguments()) {
if (valueToAllocaMap.count(arg)) { // 检查是否为其分配了 alloca
builder->createStoreInst(arg, valueToAllocaMap[arg]);
}
}
builder->setPosition(entryBlock, entryBlock->terminator());
}
void Reg2MemContext::rewritePhis(Function *func) {
std::vector<PhiInst *> phisToErase; // 收集要删除的 Phi
// 遍历所有基本块和其中的指令,查找 Phi 指令
for (auto &bb : func->getBasicBlocks()) {
// auto insts = bb->getInstructions(); // 复制一份,因为要修改
for (auto instIter = bb->getInstructions().begin(); instIter != bb->getInstructions().end(); instIter++) {
Instruction *inst = instIter->get();
if (auto phiInst = dynamic_cast<PhiInst *>(inst)) {
// 检查 Phi 指令是否是需要处理的 SSA 值
if (valueToAllocaMap.count(phiInst)) {
AllocaInst *alloca = valueToAllocaMap[phiInst];
// 1. 为 Phi 指令的每个入边,在前驱块的末尾插入 Store 指令
// PhiInst 假设有 getIncomingValues() 和 getIncomingBlocks()
for (unsigned i = 0; i < phiInst->getNumIncomingValues(); ++i) { // 假设 PhiInst 是通过操作数来管理入边的
Value *incomingValue = phiInst->getValue(i); // 获取入值
BasicBlock *incomingBlock = phiInst->getBlock(i); // 获取对应的入块
// 在入块的跳转指令之前插入 StoreInst
// 需要找到 incomingBlock 的终结指令 (Terminator Instruction)
// 并将 StoreInst 插入到它前面
if (incomingBlock->terminator()->get()->isTerminator()) {
builder->setPosition(incomingBlock, incomingBlock->terminator());
} else {
// 如果没有终结指令,插入到末尾
builder->setPosition(incomingBlock, incomingBlock->end());
}
builder->createStoreInst(incomingValue, alloca);
}
// 2. 在当前 Phi 所在基本块的开头,插入 Load 指令
// 将 Load 指令插入到 Phi 指令之后,因为 Phi 指令即将被删除
builder->setPosition(bb.get(), bb.get()->findInstIterator(phiInst));
LoadInst *newLoad = builder->createLoadInst(alloca);
// 3. 将 Phi 指令的所有用途替换为新的 Load 指令
phiInst->replaceAllUsesWith(newLoad);
// 标记 Phi 指令待删除
phisToErase.push_back(phiInst);
}
}
}
}
// 实际删除 Phi 指令
for (auto phi : phisToErase) {
if (phi && phi->getParent()) {
SysYIROptUtils::usedelete(phi); // 清理 use-def 链
phi->getParent()->removeInst(phi); // 从基本块中删除
}
}
}
void Reg2MemContext::insertLoadsAndStores(Function *func) {
// 收集所有需要替换的 uses避免在迭代时修改 use 链表
std::vector<std::pair<Use *, LoadInst *>> usesToReplace;
std::vector<Instruction *> instsToStore; // 收集需要插入 Store 的指令
// 遍历所有基本块和指令
for (auto &bb : func->getBasicBlocks()) {
for (auto instIter = bb->getInstructions().begin(); instIter != bb->getInstructions().end(); instIter++) {
Instruction *inst = instIter->get();
// 如果指令有结果且我们为其分配了 alloca (Phi 已在 rewritePhis 处理)
// 并且其类型不是 void
if (!inst->getType()->isVoid() && valueToAllocaMap.count(inst)) {
// 在指令之后插入 Store 指令
// StoreInst 应该插入到当前指令之后
builder->setPosition(bb.get(), bb.get()->findInstIterator(inst));
builder->createStoreInst(inst, valueToAllocaMap[inst]);
}
// 处理指令的操作数:如果操作数是一个 SSA 值,且为其分配了 alloca
// (并且这个操作数不是 Phi Inst 的 incoming value因为 Phi 的 incoming value 已经在 rewritePhis 中处理了)
// 注意Phi Inst 的操作数是特殊的,它们表示来自不同前驱块的值。
// 这里的处理主要是针对非 Phi 指令的操作数。
for (auto use = inst->getUses().begin(); use != inst->getUses().end(); ++use) {
// 如果当前 use 的 Value 是一个 Instruction 或 Argument
Value *operand = use->get()->getValue();
if (isPromotableToMemory(operand) && valueToAllocaMap.count(operand)) {
// 确保这个 operand 不是一个即将被删除的 Phi 指令
// (在 rewritePhis 阶段Phi 已经被处理并可能被标记删除)
// 或者检查 use 的 user 不是 PhiInst
if (dynamic_cast<PhiInst *>(inst)) {
continue; // Phi 的操作数已在 rewritePhis 中处理
}
AllocaInst *alloca = valueToAllocaMap[operand];
// 在使用点之前插入 Load 指令
// LoadInst 应该插入到使用它的指令之前
builder->setPosition(bb.get(), bb.get()->findInstIterator(inst));
LoadInst *newLoad = builder->createLoadInst(alloca);
// 记录要替换的 use
usesToReplace.push_back({use->get(), newLoad});
}
}
}
}
// 执行所有替换操作
for (auto &pair : usesToReplace) {
pair.first->setValue(pair.second); // 替换 use 的 Value
}
}
void Reg2MemContext::cleanup(Function *func) {
// 此时,所有原始的 Phi 指令应该已经被删除。
// 如果有其他需要删除的临时指令,可以在这里处理。
// 通常Reg2Mem 的清理比 Mem2Reg 简单,因为主要是在插入指令。
// 这里可以作为一个占位符,以防未来有其他清理需求。
}
bool Reg2Mem::runOnFunction(Function *F, AnalysisManager &AM) {
// 记录初始指令数量
size_t initial_inst_count = 0;
for (auto &bb : F->getBasicBlocks()) {
initial_inst_count += bb->getInstructions().size();
}
Reg2MemContext ctx(builder); // 假设 builder 是一个全局或可访问的 IRBuilder 实例
ctx.run(F);
// 记录最终指令数量
size_t final_inst_count = 0;
for (auto &bb : F->getBasicBlocks()) {
final_inst_count += bb->getInstructions().size();
}
// TODO: 添加更精确的变化检测逻辑例如在run函数中维护changed状态
bool changed = (initial_inst_count != final_inst_count); // 粗略判断是否改变
if (changed) {
// Reg2Mem 会显著改变 IR 结构,特别是数据流。
// 它会插入大量的 Load/Store 指令,改变 Value 的来源。
// 这会使几乎所有数据流分析失效。
// 例如:
// AM.invalidateAnalysis(&DominatorTreeAnalysisPass::ID, F); // 如果基本块结构改变,可能失效
// AM.invalidateAnalysis(&LivenessAnalysisPass::ID, F); // 活跃性分析肯定失效
// AM.invalidateAnalysis(&DCEPass::ID, F); // 可能产生新的死代码
// ... 其他所有数据流分析
}
return changed;
}
void Reg2Mem::getAnalysisUsage(std::set<void *> &analysisDependencies, std::set<void *> &analysisInvalidations) const {
// Reg2Mem 通常不需要特定的分析作为依赖,因为它主要是一个转换。
// 但它会使许多分析失效。
analysisInvalidations.insert(&LivenessAnalysisPass::ID); // 例如
analysisInvalidations.insert(&DominatorTreeAnalysisPass::ID);
}
} // namespace sysy

View File

@@ -0,0 +1,600 @@
#include "SysYIRCFGOpt.h"
#include "SysYIROptUtils.h"
#include <cassert>
#include <list>
#include <map>
#include <memory>
#include <string>
#include <iostream>
#include <queue> // 引入队列SysYDelNoPreBLock需要
namespace sysy {
// 定义静态ID
void *SysYDelInstAfterBrPass::ID = (void *)&SysYDelInstAfterBrPass::ID;
void *SysYDelEmptyBlockPass::ID = (void *)&SysYDelEmptyBlockPass::ID;
void *SysYDelNoPreBLockPass::ID = (void *)&SysYDelNoPreBLockPass::ID;
void *SysYBlockMergePass::ID = (void *)&SysYBlockMergePass::ID;
void *SysYAddReturnPass::ID = (void *)&SysYAddReturnPass::ID;
void *SysYCondBr2BrPass::ID = (void *)&SysYCondBr2BrPass::ID;
// ======================================================================
// SysYCFGOptUtils: 辅助工具类包含实际的CFG优化逻辑
// ======================================================================
// 删除br后的无用指令
bool SysYCFGOptUtils::SysYDelInstAfterBr(Function *func) {
bool changed = false;
auto basicBlocks = func->getBasicBlocks();
for (auto &basicBlock : basicBlocks) {
bool Branch = false;
auto &instructions = basicBlock->getInstructions();
auto Branchiter = instructions.end();
for (auto iter = instructions.begin(); iter != instructions.end(); ++iter) {
if ((*iter)->isTerminator()){
Branch = true;
Branchiter = iter;
break;
}
}
if (Branchiter != instructions.end()) ++Branchiter;
while (Branchiter != instructions.end()) {
changed = true;
Branchiter = instructions.erase(Branchiter);
}
if (Branch) { // 更新前驱后继关系
auto thelastinstinst = basicBlock->getInstructions().end();
--thelastinstinst;
auto &Successors = basicBlock->getSuccessors();
for (auto iterSucc = Successors.begin(); iterSucc != Successors.end();) {
(*iterSucc)->removePredecessor(basicBlock.get());
basicBlock->removeSuccessor(*iterSucc);
}
if (thelastinstinst->get()->isUnconditional()) {
BasicBlock* branchBlock = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinstinst->get()->getOperand(0));
basicBlock->addSuccessor(branchBlock);
branchBlock->addPredecessor(basicBlock.get());
} else if (thelastinstinst->get()->isConditional()) {
BasicBlock* thenBlock = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinstinst->get()->getOperand(1));
BasicBlock* elseBlock = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinstinst->get()->getOperand(2));
basicBlock->addSuccessor(thenBlock);
basicBlock->addSuccessor(elseBlock);
thenBlock->addPredecessor(basicBlock.get());
elseBlock->addPredecessor(basicBlock.get());
}
}
}
return changed;
}
// 合并基本块
bool SysYCFGOptUtils::SysYBlockMerge(Function *func) {
bool changed = false;
for (auto blockiter = func->getBasicBlocks().begin();
blockiter != func->getBasicBlocks().end();) {
if (blockiter->get()->getNumSuccessors() == 1) {
// 如果当前块只有一个后继块
// 且后继块只有一个前驱块
// 则将当前块和后继块合并
if (((blockiter->get())->getSuccessors()[0])->getNumPredecessors() == 1) {
// std::cout << "merge block: " << blockiter->get()->getName() << std::endl;
BasicBlock* block = blockiter->get();
BasicBlock* nextBlock = blockiter->get()->getSuccessors()[0];
// auto nextarguments = nextBlock->getArguments();
// 删除br指令
if (block->getNumInstructions() != 0) {
auto thelastinstinst = block->end();
(--thelastinstinst);
if (thelastinstinst->get()->isUnconditional()) {
SysYIROptUtils::usedelete(thelastinstinst->get());
thelastinstinst = block->getInstructions().erase(thelastinstinst);
} else if (thelastinstinst->get()->isConditional()) {
// 如果是条件分支,判断条件是否相同,主要优化相同布尔表达式
if (thelastinstinst->get()->getOperand(1)->getName() == thelastinstinst->get()->getOperand(1)->getName()) {
SysYIROptUtils::usedelete(thelastinstinst->get());
thelastinstinst = block->getInstructions().erase(thelastinstinst);
}
}
}
// 将后继块的指令移动到当前块
// 并将后继块的父指针改为当前块
for (auto institer = nextBlock->begin(); institer != nextBlock->end();) {
institer->get()->setParent(block);
block->getInstructions().emplace_back(institer->release());
institer = nextBlock->getInstructions().erase(institer);
}
// 更新前驱后继关系,类似树节点操作
block->removeSuccessor(nextBlock);
nextBlock->removePredecessor(block);
std::list<BasicBlock *> succshoulddel;
for (auto &succ : nextBlock->getSuccessors()) {
block->addSuccessor(succ);
succ->replacePredecessor(nextBlock, block);
succshoulddel.push_back(succ);
}
for (auto del : succshoulddel) {
nextBlock->removeSuccessor(del);
}
func->removeBasicBlock(nextBlock);
changed = true;
} else {
blockiter++;
}
} else {
blockiter++;
}
}
return changed;
}
// 删除无前驱块兼容SSA后的处理
bool SysYCFGOptUtils::SysYDelNoPreBLock(Function *func) {
bool changed = false;
for (auto &block : func->getBasicBlocks()) {
block->setreachableFalse();
}
// 对函数基本块做一个拓扑排序,排查不可达基本块
auto entryBlock = func->getEntryBlock();
entryBlock->setreachableTrue();
std::queue<BasicBlock *> blockqueue;
blockqueue.push(entryBlock);
while (!blockqueue.empty()) {
auto block = blockqueue.front();
blockqueue.pop();
for (auto &succ : block->getSuccessors()) {
if (!succ->getreachable()) {
succ->setreachableTrue();
blockqueue.push(succ);
}
}
}
// 删除不可达基本块指令
for (auto blockIter = func->getBasicBlocks().begin(); blockIter != func->getBasicBlocks().end(); blockIter++) {
if (!blockIter->get()->getreachable()) {
for (auto instIter = blockIter->get()->getInstructions().begin();
instIter != blockIter->get()->getInstructions().end();) {
SysYIROptUtils::usedelete(instIter->get());
instIter = blockIter->get()->getInstructions().erase(instIter);
}
}
}
for (auto blockIter = func->getBasicBlocks().begin(); blockIter != func->getBasicBlocks().end();) {
if (!blockIter->get()->getreachable()) {
for (auto succblock : blockIter->get()->getSuccessors()) {
for (auto &phiinst : succblock->getInstructions()) {
if (phiinst->getKind() != Instruction::kPhi) {
break;
}
// 使用 delBlk 方法正确地删除对应于被删除基本块的传入值
dynamic_cast<PhiInst *>(phiinst.get())->delBlk(blockIter->get());
}
}
// 删除不可达基本块,注意迭代器不可达问题
func->removeBasicBlock((blockIter++)->get());
changed = true;
} else {
blockIter++;
}
}
return changed;
}
// 删除空块
bool SysYCFGOptUtils::SysYDelEmptyBlock(Function *func, IRBuilder* pBuilder) {
bool changed = false;
// 收集不可达基本块
// 这里的不可达基本块是指没有实际指令的基本块
// 当一个基本块没有实际指令例如只有phi指令和一个uncondbr指令时也会被视作不可达
auto basicBlocks = func->getBasicBlocks();
std::map<sysy::BasicBlock *, BasicBlock *> EmptyBlocks;
// 空块儿和后继的基本块的映射
for (auto &basicBlock : basicBlocks) {
if (basicBlock->getNumInstructions() == 0) {
if (basicBlock->getNumSuccessors() == 1) {
EmptyBlocks[basicBlock.get()] = basicBlock->getSuccessors().front();
}
}
else{
// 如果只有phi指令和一个uncondbr。(phi)*(uncondbr)?
// 判断除了最后一个指令之外是不是只有phi指令
bool onlyPhi = true;
for (auto &inst : basicBlock->getInstructions()) {
if (!inst->isPhi() && !inst->isUnconditional()) {
onlyPhi = false;
break;
}
}
if(onlyPhi && basicBlock->getNumSuccessors() == 1) // 确保有后继且只有一个
EmptyBlocks[basicBlock.get()] = basicBlock->getSuccessors().front();
}
}
// 更新基本块信息,增加必要指令
for (auto &basicBlock : basicBlocks) {
// 把空块转换成只有跳转指令的不可达块 (这段逻辑在优化遍中可能需要调整,这里是原样保留)
// 通常DelEmptyBlock 应该在BlockMerge之后运行如果存在完全空块它会尝试填充一个Br指令。
// 但是,它主要目的是重定向跳转。
if (distance(basicBlock->begin(), basicBlock->end()) == 0) {
if (basicBlock->getNumSuccessors() == 0) {
continue;
}
if (basicBlock->getNumSuccessors() > 1) {
// 如果一个空块有多个后继说明CFG结构有问题或者需要特殊处理这里简单assert
assert(false && "Empty block with multiple successors found during SysYDelEmptyBlock");
}
// 这里的逻辑有点问题,如果一个块是空的,且只有一个后继,应该直接跳转到后继。
// 如果这个块最终被删除了,那么其前驱也需要重定向。
// 这个循环的目的是重定向现有的跳转指令,而不是创建新的。
// 所以下面的逻辑才是核心。
// pBuilder->setPosition(basicBlock.get(), basicBlock->end());
// pBuilder->createUncondBrInst(basicBlock->getSuccessors()[0], {});
continue;
}
auto thelastinst = basicBlock->getInstructions().end();
--thelastinst;
// 根据br指令传递的后继块信息跳过空块链
if (thelastinst->get()->isUnconditional()) {
BasicBlock* OldBrBlock = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0));
BasicBlock *thelastBlockOld = nullptr;
// 如果空块链表为多个块
while (EmptyBlocks.count(dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0)))) {
thelastBlockOld = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0));
thelastinst->get()->replaceOperand(0, EmptyBlocks[thelastBlockOld]);
}
// 如果有重定向发生
if (thelastBlockOld != nullptr) {
basicBlock->removeSuccessor(OldBrBlock);
OldBrBlock->removePredecessor(basicBlock.get());
basicBlock->addSuccessor(dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0)));
dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0))->addPredecessor(basicBlock.get());
changed = true; // 标记IR被修改
}
if (thelastBlockOld != nullptr) {
for (auto &InstInNew : dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0))->getInstructions()) {
if (InstInNew->isPhi()) {
// 使用 delBlk 方法删除 oldBlock 对应的传入值
dynamic_cast<PhiInst *>(InstInNew.get())->delBlk(thelastBlockOld);
} else {
break;
}
}
}
} else if (thelastinst->get()->getKind() == Instruction::kCondBr) {
auto OldThenBlock = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(1));
auto OldElseBlock = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(2));
bool thenChanged = false;
bool elseChanged = false;
BasicBlock *thelastBlockOld = nullptr;
while (EmptyBlocks.count(dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(1)))) {
thelastBlockOld = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(1));
thelastinst->get()->replaceOperand(
1, EmptyBlocks[dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(1))]);
thenChanged = true;
}
if (thenChanged) {
basicBlock->removeSuccessor(OldThenBlock);
OldThenBlock->removePredecessor(basicBlock.get());
basicBlock->addSuccessor(dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(1)));
dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(1))->addPredecessor(basicBlock.get());
changed = true; // 标记IR被修改
}
// 处理 then 和 else 分支合并的情况
if (dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(1)) ==
dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(2))) {
auto thebrBlock = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(1));
SysYIROptUtils::usedelete(thelastinst->get());
thelastinst = basicBlock->getInstructions().erase(thelastinst);
pBuilder->setPosition(basicBlock.get(), basicBlock->end());
pBuilder->createUncondBrInst(thebrBlock, {});
changed = true; // 标记IR被修改
continue;
}
if (thelastBlockOld != nullptr) {
for (auto &InstInNew : dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(1))->getInstructions()) {
if (InstInNew->isPhi()) {
// 使用 delBlk 方法删除 oldBlock 对应的传入值
dynamic_cast<PhiInst *>(InstInNew.get())->delBlk(thelastBlockOld);
} else {
break;
}
}
}
thelastBlockOld = nullptr;
while (EmptyBlocks.count(dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(2)))) {
thelastBlockOld = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(2));
thelastinst->get()->replaceOperand(
2, EmptyBlocks[dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(2))]);
elseChanged = true;
}
if (elseChanged) {
basicBlock->removeSuccessor(OldElseBlock);
OldElseBlock->removePredecessor(basicBlock.get());
basicBlock->addSuccessor(dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(2)));
dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(2))->addPredecessor(basicBlock.get());
changed = true; // 标记IR被修改
}
// 处理 then 和 else 分支合并的情况
if (dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(1)) ==
dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(2))) {
auto thebrBlock = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(1));
SysYIROptUtils::usedelete(thelastinst->get());
thelastinst = basicBlock->getInstructions().erase(thelastinst);
pBuilder->setPosition(basicBlock.get(), basicBlock->end());
pBuilder->createUncondBrInst(thebrBlock, {});
changed = true; // 标记IR被修改
continue;
}
// 如果有重定向发生
// 需要更新后继块的前驱关系
if (thelastBlockOld != nullptr) {
for (auto &InstInNew : dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(2))->getInstructions()) {
if (InstInNew->isPhi()) {
// 使用 delBlk 方法删除 oldBlock 对应的传入值
dynamic_cast<PhiInst *>(InstInNew.get())->delBlk(thelastBlockOld);
} else {
break;
}
}
}
} else {
// 如果不是终止指令,但有后继 (例如,末尾没有显式终止指令的块)
// 这段逻辑可能需要更严谨的CFG检查来确保正确性
if (basicBlock->getNumSuccessors() == 1) {
// 这里的逻辑似乎是想为没有terminator的块添加一个但通常这应该在CFG构建阶段完成。
// 如果这里仍然执行,确保它符合预期。
// pBuilder->setPosition(basicBlock.get(), basicBlock->end());
// pBuilder->createUncondBrInst(basicBlock->getSuccessors()[0], {});
// auto thelastinst = basicBlock->getInstructions().end();
// (--thelastinst);
// auto OldBrBlock = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0));
// sysy::BasicBlock *thelastBlockOld = nullptr;
// while (EmptyBlocks.find(dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0))) !=
// EmptyBlocks.end()) {
// thelastBlockOld = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0));
// thelastinst->get()->replaceOperand(
// 0, EmptyBlocks[dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0))]);
// }
// basicBlock->removeSuccessor(OldBrBlock);
// OldBrBlock->removePredecessor(basicBlock.get());
// basicBlock->addSuccessor(dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0)));
// dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0))->addPredecessor(basicBlock.get());
// changed = true; // 标记IR被修改
// if (thelastBlockOld != nullptr) {
// int indexphi = 0;
// for (auto &pred : dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0))->getPredecessors()) {
// if (pred == thelastBlockOld) {
// break;
// }
// indexphi++;
// }
// for (auto &InstInNew : dynamic_cast<BasicBlock *>(thelastinst->get()->getOperand(0))->getInstructions()) {
// if (InstInNew->isPhi()) {
// dynamic_cast<PhiInst *>(InstInNew.get())->removeOperand(indexphi + 1);
// } else {
// break;
// }
// }
// }
}
}
}
// 真正的删除空块
for (auto iter = func->getBasicBlocks().begin(); iter != func->getBasicBlocks().end();) {
if (EmptyBlocks.count(iter->get())) {
// EntryBlock跳过
if (iter->get() == func->getEntryBlock()) {
++iter;
continue;
}
for (auto instIter = iter->get()->getInstructions().begin();
instIter != iter->get()->getInstructions().end();) {
SysYIROptUtils::usedelete(instIter->get()); // 仅删除 use 关系
// 显式地从基本块中删除指令并更新迭代器
instIter = iter->get()->getInstructions().erase(instIter);
}
// 删除不可达基本块的phi指令的操作数
for (auto &succ : iter->get()->getSuccessors()) {
for (auto &instinsucc : succ->getInstructions()) {
if (instinsucc->isPhi()) {
// iter->get() 就是当前被删除的空基本块它作为前驱连接到这里的Phi指令
dynamic_cast<PhiInst *>(instinsucc.get())->delBlk(iter->get());
} else {
// Phi 指令通常在基本块的开头,如果不是 Phi 指令就停止检查
break;
}
}
}
func->removeBasicBlock((iter++)->get());
changed = true;
} else {
++iter;
}
}
return changed;
}
// 如果函数没有返回指令,则添加一个默认返回指令(主要解决void函数没有返回指令的问题)
bool SysYCFGOptUtils::SysYAddReturn(Function *func, IRBuilder* pBuilder) {
bool changed = false;
auto basicBlocks = func->getBasicBlocks();
for (auto &block : basicBlocks) {
if (block->getNumSuccessors() == 0) {
// 如果基本块没有后继块,则添加一个返回指令
if (block->getNumInstructions() == 0) {
pBuilder->setPosition(block.get(), block->end());
pBuilder->createReturnInst();
changed = true; // 标记IR被修改
} else {
auto thelastinst = block->getInstructions().end();
--thelastinst;
if (thelastinst->get()->getKind() != Instruction::kReturn) {
// std::cout << "Warning: Function " << func->getName() << " has no return instruction, adding default return." << std::endl;
pBuilder->setPosition(block.get(), block->end());
// TODO: 如果int float函数缺少返回值是否需要报错
if (func->getReturnType()->isInt()) {
pBuilder->createReturnInst(ConstantInteger::get(0));
} else if (func->getReturnType()->isFloat()) {
pBuilder->createReturnInst(ConstantFloating::get(0.0F));
} else {
pBuilder->createReturnInst();
}
changed = true; // 标记IR被修改
}
}
}
}
return changed;
}
// 条件分支转换为无条件分支
// 主要针对已知条件值的分支转换为无条件分支
// 例如 if (cond) { ... } else { ... } 中的 cond 已经
// 确定为 true 或 false 的情况
bool SysYCFGOptUtils::SysYCondBr2Br(Function *func, IRBuilder* pBuilder) {
bool changed = false;
for (auto &basicblock : func->getBasicBlocks()) {
if (basicblock->getNumInstructions() == 0)
continue;
auto thelast = basicblock->getInstructions().end();
--thelast;
if (thelast->get()->isConditional()){
ConstantValue *constOperand = dynamic_cast<ConstantValue *>(thelast->get()->getOperand(0));
std::string opname;
int constint = 0;
float constfloat = 0.0F;
bool constint_Use = false;
bool constfloat_Use = false;
if (constOperand != nullptr) {
if (constOperand->isFloat()) {
constfloat = constOperand->getFloat();
constfloat_Use = true;
} else {
constint = constOperand->getInt();
constint_Use = true;
}
}
// 如果可以计算
if (constfloat_Use || constint_Use) {
changed = true;
auto thenBlock = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelast->get()->getOperand(1));
auto elseBlock = dynamic_cast<BasicBlock *>(thelast->get()->getOperand(2));
SysYIROptUtils::usedelete(thelast->get());
thelast = basicblock->getInstructions().erase(thelast);
if ((constfloat_Use && constfloat == 1.0F) || (constint_Use && constint == 1)) {
// cond为true或非0
pBuilder->setPosition(basicblock.get(), basicblock->end());
pBuilder->createUncondBrInst(thenBlock, {});
// 更新CFG关系
basicblock->removeSuccessor(elseBlock);
elseBlock->removePredecessor(basicblock.get());
// 删除elseBlock的phi指令中对应的basicblock.get()的传入值
for (auto &phiinst : elseBlock->getInstructions()) {
if (phiinst->getKind() != Instruction::kPhi) {
break;
}
// 使用 delBlk 方法删除 basicblock.get() 对应的传入值
dynamic_cast<PhiInst *>(phiinst.get())->delBlk(basicblock.get());
}
} else { // cond为false或0
pBuilder->setPosition(basicblock.get(), basicblock->end());
pBuilder->createUncondBrInst(elseBlock, {});
// 更新CFG关系
basicblock->removeSuccessor(thenBlock);
thenBlock->removePredecessor(basicblock.get());
// 删除thenBlock的phi指令中对应的basicblock.get()的传入值
for (auto &phiinst : thenBlock->getInstructions()) {
if (phiinst->getKind() != Instruction::kPhi) {
break;
}
// 使用 delBlk 方法删除 basicblock.get() 对应的传入值
dynamic_cast<PhiInst *>(phiinst.get())->delBlk(basicblock.get());
}
}
}
}
}
return changed;
}
// ======================================================================
// 独立的CFG优化遍的实现
// ======================================================================
bool SysYDelInstAfterBrPass::runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) {
return SysYCFGOptUtils::SysYDelInstAfterBr(F);
}
bool SysYDelEmptyBlockPass::runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) {
return SysYCFGOptUtils::SysYDelEmptyBlock(F, pBuilder);
}
bool SysYDelNoPreBLockPass::runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) {
return SysYCFGOptUtils::SysYDelNoPreBLock(F);
}
bool SysYBlockMergePass::runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) {
return SysYCFGOptUtils::SysYBlockMerge(F);
}
bool SysYAddReturnPass::runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) {
return SysYCFGOptUtils::SysYAddReturn(F, pBuilder);
}
bool SysYCondBr2BrPass::runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) {
return SysYCFGOptUtils::SysYCondBr2Br(F, pBuilder);
}
} // namespace sysy

223
src/midend/Pass/Pass.cpp Normal file
View File

@@ -0,0 +1,223 @@
#include "Dom.h"
#include "Liveness.h"
#include "SysYIRCFGOpt.h"
#include "SysYIRPrinter.h"
#include "DCE.h"
#include "Mem2Reg.h"
#include "Reg2Mem.h"
#include "Pass.h"
#include <iostream>
#include <queue>
#include <map>
#include <set>
#include <algorithm>
#include <vector>
extern int DEBUG; // 全局调试标志
namespace sysy {
// ======================================================================
// 封装优化流程的函数包含Pass注册和迭代运行逻辑
// ======================================================================
void PassManager::runOptimizationPipeline(Module* moduleIR, IRBuilder* builderIR, int optLevel) {
if (DEBUG) std::cout << "--- Starting Middle-End Optimizations (Level -O" << optLevel << ") ---\n";
/*
中端开发框架基本流程:
1) 分析pass
1. 实现分析pass并引入Pass.cpp
2. 注册分析pass
2) 优化pass
1. 实现优化pass并引入Pass.cpp
2. 注册优化pass
3. 添加优化passid
*/
// 注册分析遍
registerAnalysisPass<sysy::DominatorTreeAnalysisPass>();
registerAnalysisPass<sysy::LivenessAnalysisPass>();
// 注册优化遍
registerOptimizationPass<SysYDelInstAfterBrPass>();
registerOptimizationPass<SysYDelNoPreBLockPass>();
registerOptimizationPass<SysYBlockMergePass>();
registerOptimizationPass<SysYDelEmptyBlockPass>(builderIR);
registerOptimizationPass<SysYCondBr2BrPass>(builderIR);
registerOptimizationPass<SysYAddReturnPass>(builderIR);
registerOptimizationPass<DCE>();
registerOptimizationPass<Mem2Reg>(builderIR);
registerOptimizationPass<Reg2Mem>(builderIR);
if (optLevel >= 1) {
//经过设计安排优化遍的执行顺序以及执行逻辑
if (DEBUG) std::cout << "Applying -O1 optimizations.\n";
if (DEBUG) std::cout << "--- Running custom optimization sequence ---\n";
this->clearPasses();
this->addPass(&SysYDelInstAfterBrPass::ID);
this->addPass(&SysYDelNoPreBLockPass::ID);
this->addPass(&SysYBlockMergePass::ID);
this->addPass(&SysYDelEmptyBlockPass::ID);
this->addPass(&SysYCondBr2BrPass::ID);
this->addPass(&SysYAddReturnPass::ID);
this->run();
if(DEBUG) {
std::cout << "=== IR After CFGOpt Optimizations ===\n";
printPasses();
}
this->clearPasses();
this->addPass(&DCE::ID);
this->run();
if(DEBUG) {
std::cout << "=== IR After DCE Optimizations ===\n";
printPasses();
}
this->clearPasses();
this->addPass(&Mem2Reg::ID);
this->run();
if(DEBUG) {
std::cout << "=== IR After Mem2Reg Optimizations ===\n";
printPasses();
}
this->clearPasses();
this->addPass(&Reg2Mem::ID);
this->run();
if(DEBUG) {
std::cout << "=== IR After Reg2Mem Optimizations ===\n";
printPasses();
}
if (DEBUG) std::cout << "--- Custom optimization sequence finished ---\n";
}
// 2. 创建遍管理器
// 3. 根据优化级别添加不同的优化遍
// TODO : 根据 optLevel 添加不同的优化遍
// 讨论 是不动点迭代进行优化遍还是手动客制化优化遍的顺序?
if (DEBUG) {
std::cout << "=== Final IR After Middle-End Optimizations (Level -O" << optLevel << ") ===\n";
SysYPrinter printer(moduleIR);
printer.printIR();
}
}
void PassManager::clearPasses() {
passes.clear();
}
void PassManager::addPass(void *passID) {
PassRegistry &registry = PassRegistry::getPassRegistry();
std::unique_ptr<Pass> P = registry.createPass(passID);
if (!P) {
// Error: Pass not found or failed to create
return;
}
passes.push_back(std::move(P));
}
// 运行所有注册的遍
bool PassManager::run() {
bool changed = false;
for (const auto &p : passes) {
bool passChanged = false; // 记录当前遍是否修改了 IR
// 处理优化遍的分析依赖和失效
if (p->getPassKind() == Pass::PassKind::Optimization) {
OptimizationPass *optPass = static_cast<OptimizationPass *>(p.get());
std::set<void *> analysisDependencies;
std::set<void *> analysisInvalidations;
optPass->getAnalysisUsage(analysisDependencies, analysisInvalidations);
// PassManager 不显式运行分析依赖。
// 而是优化遍在 runOnFunction 内部通过 AnalysisManager.getAnalysisResult 按需请求。
}
if (p->getGranularity() == Pass::Granularity::Module) {
passChanged = p->runOnModule(pmodule, analysisManager);
} else if (p->getGranularity() == Pass::Granularity::Function) {
for (auto &funcPair : pmodule->getFunctions()) {
Function *F = funcPair.second.get();
passChanged = p->runOnFunction(F, analysisManager) || passChanged;
if (passChanged && p->getPassKind() == Pass::PassKind::Optimization) {
OptimizationPass *optPass = static_cast<OptimizationPass *>(p.get());
std::set<void *> analysisDependencies;
std::set<void *> analysisInvalidations;
optPass->getAnalysisUsage(analysisDependencies, analysisInvalidations);
for (void *invalidationID : analysisInvalidations) {
analysisManager.invalidateAnalysis(invalidationID, F);
}
}
}
} else if (p->getGranularity() == Pass::Granularity::BasicBlock) {
for (auto &funcPair : pmodule->getFunctions()) {
Function *F = funcPair.second.get();
for (auto &bbPtr : funcPair.second->getBasicBlocks()) {
passChanged = p->runOnBasicBlock(bbPtr.get(), analysisManager) || passChanged;
if (passChanged && p->getPassKind() == Pass::PassKind::Optimization) {
OptimizationPass *optPass = static_cast<OptimizationPass *>(p.get());
std::set<void *> analysisDependencies;
std::set<void *> analysisInvalidations;
optPass->getAnalysisUsage(analysisDependencies, analysisInvalidations);
for (void *invalidationID : analysisInvalidations) {
analysisManager.invalidateAnalysis(invalidationID, F);
}
}
}
}
}
changed = changed || passChanged;
}
return changed;
}
void PassManager::printPasses() const {
std::cout << "Registered Passes:\n";
for (const auto &p : passes) {
std::cout << " - " << p->getName() << " (Granularity: "
<< static_cast<int>(p->getGranularity())
<< ", Kind: " << static_cast<int>(p->getPassKind()) << ")\n";
}
std::cout << "Total Passes: " << passes.size() << "\n";
if (pmodule) {
SysYPrinter printer(pmodule);
std::cout << "Module IR:\n";
printer.printIR();
}
}
template <typename AnalysisPassType> void registerAnalysisPass() {
PassRegistry::getPassRegistry().registerPass(&AnalysisPassType::ID,
[]() { return std::make_unique<AnalysisPassType>(); });
}
template <typename OptimizationPassType, typename std::enable_if<
std::is_constructible<OptimizationPassType, IRBuilder*>::value, int>::type>
void registerOptimizationPass(IRBuilder* builder) {
PassRegistry::getPassRegistry().registerPass(&OptimizationPassType::ID,
[builder]() { return std::make_unique<OptimizationPassType>(builder); });
}
template <typename OptimizationPassType, typename std::enable_if<
!std::is_constructible<OptimizationPassType, IRBuilder*>::value, int>::type>
void registerOptimizationPass() {
PassRegistry::getPassRegistry().registerPass(&OptimizationPassType::ID,
[]() { return std::make_unique<OptimizationPassType>(); });
}
} // namespace sysy