Merge branch 'midend' into midend-LoopAnalysis

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rain2133
2025-08-11 21:20:34 +08:00
41 changed files with 5604 additions and 2382 deletions

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@@ -0,0 +1,20 @@
#ifndef ELIMINATE_FRAME_INDICES_H
#define ELIMINATE_FRAME_INDICES_H
#include "RISCv64LLIR.h"
namespace sysy {
class EliminateFrameIndicesPass {
public:
// Pass 的主入口函数
void runOnMachineFunction(MachineFunction* mfunc);
private:
// 帮助计算类型大小的辅助函数从原RegAlloc中移出
unsigned getTypeSizeInBytes(Type* type);
};
} // namespace sysy
#endif // ELIMINATE_FRAME_INDICES_H

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@@ -0,0 +1,30 @@
#ifndef RISCV64_DIV_STRENGTH_REDUCTION_H
#define RISCV64_DIV_STRENGTH_REDUCTION_H
#include "RISCv64LLIR.h"
#include "Pass.h"
namespace sysy {
/**
* @class DivStrengthReduction
* @brief 除法强度削弱优化器
* * 将除法运算转换为乘法运算使用magic number算法
* 适用于除数为常数的情况,可以显著提高性能
*/
class DivStrengthReduction : public Pass {
public:
static char ID;
DivStrengthReduction() : Pass("div-strength-reduction", Granularity::Function, PassKind::Optimization) {}
void *getPassID() const override { return &ID; }
bool runOnFunction(Function *F, AnalysisManager& AM) override;
void runOnMachineFunction(MachineFunction* mfunc);
};
} // namespace sysy
#endif // RISCV64_DIV_STRENGTH_REDUCTION_H

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@@ -20,6 +20,8 @@ public:
void setStream(std::ostream& os) { OS = &os; }
// 辅助函数
std::string regToString(PhysicalReg reg);
std::string formatInstr(const MachineInstr *instr);
private:
// 打印各个部分
void printBasicBlock(MachineBasicBlock* mbb, bool debug = false);

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@@ -22,7 +22,6 @@ private:
// 函数级代码生成 (实现新的流水线)
std::string function_gen(Function* func);
// 私有辅助函数,用于根据类型计算其占用的字节数。
unsigned getTypeSizeInBytes(Type* type);

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@@ -3,6 +3,12 @@
#include "RISCv64LLIR.h"
// Forward declarations
namespace sysy {
class GlobalValue;
class Value;
}
extern int DEBUG;
extern int DEEPDEBUG;
@@ -17,7 +23,8 @@ public:
// 公开接口以便后续模块如RegAlloc可以查询或创建vreg
unsigned getVReg(Value* val);
unsigned getNewVReg() { return vreg_counter++; }
unsigned getNewVReg(Type* type);
unsigned getNewVReg(Type* type);
unsigned getVRegCounter() const;
// 获取 vreg_map 的公共接口
const std::map<Value*, unsigned>& getVRegMap() const { return vreg_map; }
const std::map<unsigned, Value*>& getVRegValueMap() const { return vreg_to_value_map; }

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@@ -3,6 +3,7 @@
#include "IR.h" // 确保包含了您自己的IR头文件
#include <string>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
#include <cstdint>
@@ -38,14 +39,14 @@ enum class PhysicalReg {
// 用于内部表示物理寄存器在干扰图中的节点ID一个简单的特殊ID确保不与vreg_counter冲突
// 假设 vreg_counter 不会达到这么大的值
PHYS_REG_START_ID = 100000,
PHYS_REG_START_ID = 1000000,
PHYS_REG_END_ID = PHYS_REG_START_ID + 320, // 预留足够的空间
};
// RISC-V 指令操作码枚举
enum class RVOpcodes {
// 算术指令
ADD, ADDI, ADDW, ADDIW, SUB, SUBW, MUL, MULW, DIV, DIVW, REM, REMW,
ADD, ADDI, ADDW, ADDIW, SUB, SUBW, MUL, MULW, MULH, DIV, DIVW, REM, REMW,
// 逻辑指令
XOR, XORI, OR, ORI, AND, ANDI,
// 移位指令
@@ -195,6 +196,11 @@ public:
preg = new_preg;
is_virtual = false;
}
void setVRegNum(unsigned new_vreg_num) {
vreg_num = new_vreg_num;
is_virtual = true; // 确保设置vreg时操作数状态正确
}
private:
unsigned vreg_num = 0;
PhysicalReg preg = PhysicalReg::ZERO;
@@ -274,14 +280,15 @@ private:
// 栈帧信息
struct StackFrameInfo {
int locals_size = 0; // 仅为AllocaInst分配的大小
int locals_end_offset = 0; // 记录局部变量分配结束后的偏移量(相对于s0为负)
int spill_size = 0; // 仅为溢出分配的大小
int total_size = 0; // 总大小
int callee_saved_size = 0; // 保存寄存器的大小
std::map<unsigned, int> alloca_offsets; // <AllocaInst的vreg, 栈偏移>
std::map<unsigned, int> spill_offsets; // <溢出vreg, 栈偏移>
std::set<PhysicalReg> used_callee_saved_regs; // 使用的保存寄存器
std::map<unsigned, PhysicalReg> vreg_to_preg_map;
std::vector<PhysicalReg> callee_saved_regs; // 用于存储需要保存的被调用者保存寄存器列表
std::map<unsigned, PhysicalReg> vreg_to_preg_map; // RegAlloc最终的分配结果
std::vector<PhysicalReg> callee_saved_regs_to_store; // 已排序的、需要存取的被调用者保存寄存器
};
// 机器函数
@@ -295,7 +302,7 @@ public:
StackFrameInfo& getFrameInfo() { return frame_info; }
const std::vector<std::unique_ptr<MachineBasicBlock>>& getBlocks() const { return blocks; }
std::vector<std::unique_ptr<MachineBasicBlock>>& getBlocks() { return blocks; }
void dumpStackFrameInfo(std::ostream& os = std::cerr) const;
void addBlock(std::unique_ptr<MachineBasicBlock> block) {
blocks.push_back(std::move(block));
}

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@@ -8,7 +8,10 @@
#include "CalleeSavedHandler.h"
#include "LegalizeImmediates.h"
#include "PrologueEpilogueInsertion.h"
#include "EliminateFrameIndices.h"
#include "Pass.h"
#include "DivStrengthReduction.h"
namespace sysy {

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@@ -3,9 +3,15 @@
#include "RISCv64LLIR.h"
#include "RISCv64ISel.h" // 包含 RISCv64ISel.h 以访问 ISel 和 Value 类型
#include <set>
#include <vector>
#include <map>
#include <stack>
extern int DEBUG;
extern int DEEPDEBUG;
extern int DEBUGLENGTH; // 用于限制调试输出的长度
extern int DEEPERDEBUG; // 用于更深层次的调试输出
namespace sysy {
@@ -17,58 +23,98 @@ public:
void run();
private:
using LiveSet = std::set<unsigned>; // 活跃虚拟寄存器集合
using InterferenceGraph = std::map<unsigned, std::set<unsigned>>;
// 类型定义与Python版本对应
using VRegSet = std::set<unsigned>;
using InterferenceGraph = std::map<unsigned, VRegSet>;
using VRegStack = std::vector<unsigned>; // 使用vector模拟栈方便遍历
using MoveList = std::map<unsigned, std::set<const MachineInstr*>>;
using AliasMap = std::map<unsigned, unsigned>;
using ColorMap = std::map<unsigned, PhysicalReg>;
using VRegMoveSet = std::set<const MachineInstr*>;
// 栈帧管理
void eliminateFrameIndices();
// 活跃性分析
// --- 核心算法流程 ---
void initialize();
void build();
void makeWorklist();
void simplify();
void coalesce();
void freeze();
void selectSpill();
void assignColors();
void rewriteProgram();
bool doAllocation();
void applyColoring();
void dumpState(const std::string &stage);
void precolorByCallingConvention();
// --- 辅助函数 ---
void getInstrUseDef(const MachineInstr* instr, VRegSet& use, VRegSet& def);
void getInstrUseDef_Liveness(const MachineInstr *instr, VRegSet &use, VRegSet &def);
void addEdge(unsigned u, unsigned v);
VRegSet adjacent(unsigned n);
VRegMoveSet nodeMoves(unsigned n);
bool moveRelated(unsigned n);
void decrementDegree(unsigned m);
void enableMoves(const VRegSet& nodes);
unsigned getAlias(unsigned n);
void addWorklist(unsigned u);
bool briggsHeuristic(unsigned u, unsigned v);
bool georgeHeuristic(unsigned u, unsigned v);
void combine(unsigned u, unsigned v);
void freezeMoves(unsigned u);
void collectUsedCalleeSavedRegs();
bool isFPVReg(unsigned vreg) const;
std::string regToString(PhysicalReg reg);
std::string regIdToString(unsigned id);
// --- 活跃性分析 ---
void analyzeLiveness();
// 构建干扰图
void buildInterferenceGraph();
// 图着色分配寄存器
void colorGraph();
// 重写函数替换vreg并插入溢出代码
void rewriteFunction();
// 辅助函数获取指令的Use/Def集合
void getInstrUseDef(MachineInstr* instr, LiveSet& use, LiveSet& def);
// 辅助函数,处理调用约定
void handleCallingConvention();
MachineFunction* MFunc;
// 活跃性分析结果
std::map<const MachineInstr*, LiveSet> live_in_map;
std::map<const MachineInstr*, LiveSet> live_out_map;
RISCv64ISel* ISel;
// 干扰图
InterferenceGraph interference_graph;
// 图着色结果
std::map<unsigned, PhysicalReg> color_map; // vreg -> preg
std::set<unsigned> spilled_vregs; // 被溢出的vreg集合
// 可用的物理寄存器池
// --- 算法数据结构 ---
// 寄存器池
std::vector<PhysicalReg> allocable_int_regs;
std::vector<PhysicalReg> allocable_fp_regs;
int K_int; // 整数寄存器数量
int K_fp; // 浮点寄存器数量
// 存储vreg到IR Value*的反向映射
// 这个map将在run()函数开始时被填充并在rewriteFunction()中使用。
std::map<unsigned, Value*> vreg_to_value_map;
std::map<PhysicalReg, unsigned> preg_to_vreg_id_map; // 物理寄存器到特殊vreg ID的映射
// 用于计算类型大小的辅助函数
unsigned getTypeSizeInBytes(Type* type);
// 节点集合
VRegSet precolored; // 预着色的节点 (物理寄存器)
VRegSet initial; // 初始的、所有待处理的虚拟寄存器节点
VRegSet simplifyWorklist;
VRegSet freezeWorklist;
VRegSet spillWorklist;
VRegSet spilledNodes;
VRegSet coalescedNodes;
VRegSet coloredNodes;
VRegStack selectStack;
// 辅助函数,用于打印集合
static void printLiveSet(const LiveSet& s, const std::string& name, std::ostream& os);
// Move指令相关
std::set<const MachineInstr*> coalescedMoves;
std::set<const MachineInstr*> constrainedMoves;
std::set<const MachineInstr*> frozenMoves;
std::set<const MachineInstr*> worklistMoves;
std::set<const MachineInstr*> activeMoves;
// 数据结构
InterferenceGraph adjSet;
std::map<unsigned, VRegSet> adjList; // 邻接表
std::map<unsigned, int> degree;
MoveList moveList;
AliasMap alias;
ColorMap color_map;
// 活跃性分析结果
std::map<const MachineInstr*, VRegSet> live_in_map;
std::map<const MachineInstr*, VRegSet> live_out_map;
// VReg -> Value* 和 VReg -> Type* 的映射
const std::map<unsigned, Value*>& vreg_to_value_map;
const std::map<unsigned, Type*>& vreg_type_map;
};
} // namespace sysy

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@@ -20,6 +20,10 @@
#include <algorithm>
namespace sysy {
// Global cleanup function to release all statically allocated IR objects
void cleanupIRPools();
/**
* \defgroup type Types
* @brief Sysy的类型系统
@@ -83,6 +87,7 @@ class Type {
auto as() const -> std::enable_if_t<std::is_base_of_v<Type, T>, T *> {
return dynamic_cast<T *>(const_cast<Type *>(this));
}
virtual void print(std::ostream& os) const;
};
class PointerType : public Type {
@@ -94,6 +99,9 @@ class PointerType : public Type {
public:
static PointerType* get(Type *baseType); ///< 获取指向baseType的Pointer类型
// Cleanup method to release all cached pointer types (call at program exit)
static void cleanup();
public:
Type* getBaseType() const { return baseType; } ///< 获取指向的类型
@@ -111,6 +119,9 @@ class FunctionType : public Type {
public:
/// 获取返回值类型为returnType 形参类型列表为paramTypes的Function类型
static FunctionType* get(Type *returnType, const std::vector<Type *> &paramTypes = {});
// Cleanup method to release all cached function types (call at program exit)
static void cleanup();
public:
Type* getReturnType() const { return returnType; } ///< 获取返回值类信息
@@ -123,6 +134,9 @@ class ArrayType : public Type {
// elements数组的元素类型 (例如int[3] 的 elementType 是 int)
// numElements该维度的大小 (例如int[3] 的 numElements 是 3)
static ArrayType *get(Type *elementType, unsigned numElements);
// Cleanup method to release all cached array types (call at program exit)
static void cleanup();
Type *getElementType() const { return elementType; }
unsigned getNumElements() const { return numElements; }
@@ -202,9 +216,11 @@ class Use {
public:
unsigned getIndex() const { return index; } ///< 返回value在User操作数中的位置
void setIndex(int newIndex) { index = newIndex; } ///< 设置value在User操作数中的位置
User* getUser() const { return user; } ///< 返回使用者
Value* getValue() const { return value; } ///< 返回被使用的值
void setValue(Value *newValue) { value = newValue; } ///< 将被使用的值设置为newValue
void print(std::ostream& os) const;
};
//! The base class of all value types
@@ -229,7 +245,15 @@ class Value {
std::list<std::shared_ptr<Use>>& getUses() { return uses; } ///< 获取使用关系列表
void addUse(const std::shared_ptr<Use> &use) { uses.push_back(use); } ///< 添加使用关系
void replaceAllUsesWith(Value *value); ///< 将原来使用该value的使用者全变为使用给定参数value并修改相应use关系
void removeUse(const std::shared_ptr<Use> &use) { uses.remove(use); } ///< 删除使用关系use
void removeUse(const std::shared_ptr<Use> &use) {
assert(use != nullptr && "Use cannot be null");
assert(use->getValue() == this && "Use being removed does NOT point to this Value!");
auto it = std::find(uses.begin(), uses.end(), use);
assert(it != uses.end() && "Use not found in Value's uses");
uses.remove(use);
} ///< 删除使用关系use
void removeAllUses();
virtual void print(std::ostream& os) const = 0; ///< 输出值信息到输出流
};
/**
@@ -356,6 +380,9 @@ public:
// Static factory method to get a canonical ConstantValue from the pool
static ConstantValue* get(Type* type, ConstantValVariant val);
// Cleanup method to release all cached constants (call at program exit)
static void cleanup();
// Helper methods to access constant values with appropriate casting
int getInt() const {
@@ -394,6 +421,7 @@ public:
virtual bool isZero() const = 0;
virtual bool isOne() const = 0;
void print(std::ostream& os) const = 0;
};
class ConstantInteger : public ConstantValue {
@@ -420,6 +448,7 @@ public:
bool isZero() const override { return constVal == 0; }
bool isOne() const override { return constVal == 1; }
void print(std::ostream& os) const;
};
class ConstantFloating : public ConstantValue {
@@ -446,6 +475,7 @@ public:
bool isZero() const override { return constFVal == 0.0f; }
bool isOne() const override { return constFVal == 1.0f; }
void print(std::ostream& os) const;
};
class UndefinedValue : public ConstantValue {
@@ -460,6 +490,9 @@ protected:
public:
static UndefinedValue* get(Type* type);
// Cleanup method to release all cached undefined values (call at program exit)
static void cleanup();
size_t hash() const override {
return std::hash<Type*>{}(getType());
@@ -477,6 +510,7 @@ public:
bool isZero() const override { return false; }
bool isOne() const override { return false; }
void print(std::ostream& os) const;
};
// --- End of refactored ConstantValue and related classes ---
@@ -617,6 +651,11 @@ public:
}
} ///< 移除指定位置的指令
iterator moveInst(iterator sourcePos, iterator targetPos, BasicBlock *block);
/// 清理基本块中的所有使用关系
void cleanup();
void print(std::ostream& os) const;
};
//! User is the abstract base type of `Value` types which use other `Value` as
@@ -633,21 +672,6 @@ class User : public Value {
explicit User(Type *type, const std::string &name = "") : Value(type, name) {}
public:
// ~User() override {
// // 当 User 对象被销毁时例如LoadInst 或 StoreInst 被删除时),
// // 它必须通知它所使用的所有 Value将对应的 Use 关系从它们的 uses 列表中移除。
// // 这样可以防止 Value 的 uses 列表中出现悬空的 Use 对象。
// for (const auto &use_ptr : operands) {
// // 确保 use_ptr 非空,并且其内部指向的 Value* 也非空
// // (虽然通常情况下不会为空,但为了健壮性考虑)
// if (use_ptr && use_ptr->getValue()) {
// use_ptr->getValue()->removeUse(use_ptr);
// }
// }
// // operands 向量本身是 std::vector<std::shared_ptr<Use>>
// // 在此析构函数结束后operands 向量会被销毁,其内部的 shared_ptr 也会被释放,
// // 如果 shared_ptr 引用计数降为0Use 对象本身也会被销毁。
// }
unsigned getNumOperands() const { return operands.size(); } ///< 获取操作数数量
auto operand_begin() const { return operands.begin(); } ///< 返回操作数列表的开头迭代器
auto operand_end() const { return operands.end(); } ///< 返回操作数列表的结尾迭代器
@@ -657,11 +681,7 @@ class User : public Value {
operands.emplace_back(std::make_shared<Use>(operands.size(), this, value));
value->addUse(operands.back());
} ///< 增加操作数
void removeOperand(unsigned index) {
auto value = getOperand(index);
value->removeUse(operands[index]);
operands.erase(operands.begin() + index);
} ///< 移除操作数
void removeOperand(unsigned index);
template <typename ContainerT>
void addOperands(const ContainerT &newoperands) {
for (auto value : newoperands) {
@@ -670,6 +690,9 @@ class User : public Value {
} ///< 增加多个操作数
void replaceOperand(unsigned index, Value *value); ///< 替换操作数
void setOperand(unsigned index, Value *value); ///< 设置操作数
/// 清理用户的所有操作数使用关系
void cleanup();
};
/*!
@@ -728,6 +751,8 @@ class Instruction : public User {
kPhi = 0x1UL << 39,
kBitItoF = 0x1UL << 40,
kBitFtoI = 0x1UL << 41,
kSRA = 0x1UL << 42,
kMulh = 0x1UL << 43
};
protected:
@@ -745,57 +770,57 @@ public:
std::string getKindString() const{
switch (kind) {
case kInvalid:
return "Invalid";
return "invalid";
case kAdd:
return "Add";
return "add";
case kSub:
return "Sub";
return "sub";
case kMul:
return "Mul";
return "mul";
case kDiv:
return "Div";
return "sdiv";
case kRem:
return "Rem";
return "srem";
case kICmpEQ:
return "ICmpEQ";
return "icmp eq";
case kICmpNE:
return "ICmpNE";
return "icmp ne";
case kICmpLT:
return "ICmpLT";
return "icmp slt";
case kICmpGT:
return "ICmpGT";
return "icmp sgt";
case kICmpLE:
return "ICmpLE";
return "icmp sle";
case kICmpGE:
return "ICmpGE";
return "icmp sge";
case kFAdd:
return "FAdd";
return "fadd";
case kFSub:
return "FSub";
return "fsub";
case kFMul:
return "FMul";
return "fmul";
case kFDiv:
return "FDiv";
return "fdiv";
case kFCmpEQ:
return "FCmpEQ";
return "fcmp oeq";
case kFCmpNE:
return "FCmpNE";
return "fcmp one";
case kFCmpLT:
return "FCmpLT";
return "fcmp olt";
case kFCmpGT:
return "FCmpGT";
return "fcmp ogt";
case kFCmpLE:
return "FCmpLE";
return "fcmp ole";
case kFCmpGE:
return "FCmpGE";
return "fcmp oge";
case kAnd:
return "And";
return "and";
case kOr:
return "Or";
return "or";
case kNeg:
return "Neg";
return "neg";
case kNot:
return "Not";
return "not";
case kFNeg:
return "FNeg";
case kFNot:
@@ -803,27 +828,35 @@ public:
case kFtoI:
return "FtoI";
case kItoF:
return "IToF";
return "iToF";
case kCall:
return "Call";
return "call";
case kCondBr:
return "CondBr";
return "condBr";
case kBr:
return "Br";
return "br";
case kReturn:
return "Return";
return "return";
case kUnreachable:
return "unreachable";
case kAlloca:
return "Alloca";
return "alloca";
case kLoad:
return "Load";
return "load";
case kStore:
return "Store";
return "store";
case kGetElementPtr:
return "GetElementPtr";
return "getElementPtr";
case kMemset:
return "Memset";
return "memset";
case kPhi:
return "Phi";
return "phi";
case kBitItoF:
return "BitItoF";
case kBitFtoI:
return "BitFtoI";
case kSRA:
return "ashr";
default:
return "Unknown";
}
@@ -835,11 +868,15 @@ public:
bool isBinary() const {
static constexpr uint64_t BinaryOpMask =
(kAdd | kSub | kMul | kDiv | kRem | kAnd | kOr) |
(kICmpEQ | kICmpNE | kICmpLT | kICmpGT | kICmpLE | kICmpGE) |
(kAdd | kSub | kMul | kDiv | kRem | kAnd | kOr | kSRA | kMulh) |
(kICmpEQ | kICmpNE | kICmpLT | kICmpGT | kICmpLE | kICmpGE);
return kind & BinaryOpMask;
}
bool isFPBinary() const {
static constexpr uint64_t FPBinaryOpMask =
(kFAdd | kFSub | kFMul | kFDiv) |
(kFCmpEQ | kFCmpNE | kFCmpLT | kFCmpGT | kFCmpLE | kFCmpGE);
return kind & BinaryOpMask;
return kind & FPBinaryOpMask;
}
bool isUnary() const {
static constexpr uint64_t UnaryOpMask =
@@ -886,6 +923,10 @@ public:
static constexpr uint64_t DefineOpMask = kAlloca | kStore | kPhi;
return (kind & DefineOpMask) != 0U;
}
virtual ~Instruction() = default;
virtual void print(std::ostream& os) const = 0;
}; // class Instruction
class Function;
@@ -907,66 +948,56 @@ class PhiInst : public Instruction {
const std::string &name = "")
: Instruction(Kind::kPhi, type, parent, name), vsize(rhs.size()) {
assert(rhs.size() == Blocks.size() && "PhiInst: rhs and Blocks must have the same size");
for(size_t i = 0; i < rhs.size(); ++i) {
for(size_t i = 0; i < vsize; ++i) {
addOperand(rhs[i]);
addOperand(Blocks[i]);
blk2val[Blocks[i]] = rhs[i];
}
}
public:
Value* getValue(unsigned k) const {return getOperand(2 * k);} ///< 获取位置为k的值
BasicBlock* getBlock(unsigned k) const {return dynamic_cast<BasicBlock*>(getOperand(2 * k + 1));}
//增加llvm同名方法实现获取value和block
Value* getIncomingValue(unsigned k) const {return getOperand(2 * k);} ///< 获取位置为k的值
BasicBlock* getIncomingBlock(unsigned k) const {return dynamic_cast<BasicBlock*>(getOperand(2 * k + 1));}
Value* getIncomingValue(BasicBlock* blk) const {
return getvalfromBlk(blk);
} ///< 获取指定基本块的传入值
BasicBlock* getIncomingBlock(Value* val) const {
return getBlkfromVal(val);
} ///< 获取指定值的传入基本块
void replaceIncoming(BasicBlock *oldBlock, BasicBlock *newBlock, Value *newValue){
delBlk(oldBlock);
addIncoming(newValue, newBlock);
}
auto& getincomings() const {return blk2val;} ///< 获取所有的基本块和对应的值
auto getIncomingValues() const {
std::vector<std::pair<BasicBlock*, Value*>> result;
for (const auto& [block, value] : blk2val) {
result.emplace_back(block, value);
}
return result;
}
Value* getvalfromBlk(BasicBlock* blk) const ;
BasicBlock* getBlkfromVal(Value* val) const ;
unsigned getNumIncomingValues() const { return vsize; } ///< 获取传入值的数量
Value *getIncomingValue(unsigned Idx) const { return getOperand(Idx * 2); } ///< 获取指定位置的传入值
BasicBlock *getIncomingBlock(unsigned Idx) const {return dynamic_cast<BasicBlock *>(getOperand(Idx * 2 + 1)); } ///< 获取指定位置的传入基本块
Value* getValfromBlk(BasicBlock* block);
BasicBlock* getBlkfromVal(Value* value);
void addIncoming(Value *value, BasicBlock *block) {
assert(value && block && "PhiInst: value and block must not be null");
assert(value && block && "PhiInst: value and block cannot be null");
addOperand(value);
addOperand(block);
blk2val[block] = value;
vsize++;
} ///< 添加传入值和对应的基本块
void removeIncoming(BasicBlock *block){
delBlk(block);
}
void delValue(Value* val);
void delBlk(BasicBlock* blk);
void replaceBlk(BasicBlock* newBlk, unsigned k);
void replaceold2new(BasicBlock* oldBlk, BasicBlock* newBlk);
void refreshB2VMap();
void removeIncoming(unsigned Idx) {
assert(Idx < vsize && "PhiInst: Index out of bounds");
auto blk = getIncomingBlock(Idx);
removeOperand(Idx * 2 + 1); // Remove block
removeOperand(Idx * 2); // Remove value
blk2val.erase(blk);
vsize--;
} ///< 移除指定位置的传入值和对应的基本块
// 移除指定的传入值或基本块
void removeIncomingValue(Value *value);
void removeIncomingBlock(BasicBlock *block);
// 设置指定位置的传入值或基本块
void setIncomingValue(unsigned Idx, Value *value);
void setIncomingBlock(unsigned Idx, BasicBlock *block);
// 替换指定位置的传入值或基本块(原理是删除再添加)保留旧块或者旧值
void replaceIncomingValue(Value *oldValue, Value *newValue);
void replaceIncomingBlock(BasicBlock *oldBlock, BasicBlock *newBlock);
// 替换指定位置的传入值或基本块(原理是删除再添加)
void replaceIncomingValue(Value *oldValue, Value *newValue, BasicBlock *newBlock);
void replaceIncomingBlock(BasicBlock *oldBlock, BasicBlock *newBlock, Value *newValue);
void refreshMap() {
blk2val.clear();
for (unsigned i = 0; i < vsize; ++i) {
blk2val[getIncomingBlock(i)] = getIncomingValue(i);
}
} ///< 刷新块到值的映射关系
auto getValues() { return make_range(std::next(operand_begin()), operand_end()); }
void print(std::ostream& os) const override;
};
@@ -975,16 +1006,14 @@ class CallInst : public Instruction {
friend class IRBuilder;
protected:
CallInst(Function *callee, const std::vector<Value *> &args = {},
BasicBlock *parent = nullptr, const std::string &name = "");
CallInst(Function *callee, const std::vector<Value *> &args, BasicBlock *parent = nullptr, const std::string &name = "");
public:
Function* getCallee() const;
Function *getCallee() const;
auto getArguments() const {
return make_range(std::next(operand_begin()), operand_end());
}
void print(std::ostream& os) const override;
}; // class CallInst
//! Unary instruction, includes '!', '-' and type conversion.
@@ -1002,7 +1031,7 @@ protected:
public:
Value* getOperand() const { return User::getOperand(0); }
void print(std::ostream& os) const override;
}; // class UnaryInst
//! Binary instruction, e.g., arithmatic, relation, logic, etc.
@@ -1081,6 +1110,7 @@ public:
// 后端处理数组访存操作时需要创建计算地址的指令,需要在外部构造 BinaryInst 对象
return new BinaryInst(kind, type, lhs, rhs, parent, name);
}
void print(std::ostream& os) const override;
}; // class BinaryInst
//! The return statement
@@ -1101,6 +1131,7 @@ class ReturnInst : public Instruction {
Value* getReturnValue() const {
return hasReturnValue() ? getOperand(0) : nullptr;
}
void print(std::ostream& os) const override;
};
//! Unconditional branch
@@ -1130,7 +1161,7 @@ public:
}
return succs;
}
void print(std::ostream& os) const override;
}; // class UncondBrInst
//! Conditional branch
@@ -1170,7 +1201,7 @@ public:
}
return succs;
}
void print(std::ostream& os) const override;
}; // class CondBrInst
class UnreachableInst : public Instruction {
@@ -1178,7 +1209,7 @@ public:
// 构造函数:设置指令类型为 kUnreachable
explicit UnreachableInst(const std::string& name, BasicBlock *parent = nullptr)
: Instruction(kUnreachable, Type::getVoidType(), parent, "") {}
void print(std::ostream& os) const { os << "unreachable"; }
};
//! Allocate memory for stack variables, used for non-global variable declartion
@@ -1196,7 +1227,7 @@ public:
Type* getAllocatedType() const {
return getType()->as<PointerType>()->getBaseType();
} ///< 获取分配的类型
void print(std::ostream& os) const override;
}; // class AllocaInst
@@ -1234,6 +1265,7 @@ public:
BasicBlock *parent = nullptr, const std::string &name = "") {
return new GetElementPtrInst(resultType, basePointer, indices, parent, name);
}
void print(std::ostream& os) const override;
};
//! Load a value from memory address specified by a pointer value
@@ -1251,7 +1283,7 @@ protected:
public:
Value* getPointer() const { return getOperand(0); }
void print(std::ostream& os) const override;
}; // class LoadInst
//! Store a value to memory address specified by a pointer value
@@ -1270,7 +1302,7 @@ protected:
public:
Value* getValue() const { return getOperand(0); }
Value* getPointer() const { return getOperand(1); }
void print(std::ostream& os) const override;
}; // class StoreInst
//! Memset instruction
@@ -1300,7 +1332,7 @@ public:
Value* getBegin() const { return getOperand(1); }
Value* getSize() const { return getOperand(2); }
Value* getValue() const { return getOperand(3); }
void print(std::ostream& os) const override;
};
class GlobalValue;
@@ -1318,6 +1350,11 @@ public:
public:
Function* getParent() const { return func; }
int getIndex() const { return index; }
/// 清理参数的使用关系
void cleanup();
void print(std::ostream& os) const;
};
@@ -1406,6 +1443,11 @@ protected:
blocks.emplace_front(block);
return block;
}
/// 清理函数中的所有使用关系
void cleanup();
void print(std::ostream& os) const;
};
//! Global value declared at file scope
@@ -1471,6 +1513,7 @@ public:
return getByIndex(index);
} ///< 通过多维索引indices获取初始值
const ValueCounter& getInitValues() const { return initValues; }
void print(std::ostream& os) const;
}; // class GlobalValue
@@ -1528,6 +1571,8 @@ class ConstantVariable : public Value {
return getByIndex(index);
} ///< 通过多维索引indices获取初始值
const ValueCounter& getInitValues() const { return initValues; } ///< 获取初始值
void print(std::ostream& os) const;
void print_init(std::ostream& os) const;
};
using SymbolTableNode = struct SymbolTableNode {
@@ -1550,6 +1595,8 @@ class SymbolTable {
Value* getVariable(const std::string &name) const; ///< 根据名字name以及当前作用域获取变量
Value* addVariable(const std::string &name, Value *variable); ///< 添加变量
void registerParameterName(const std::string &name); ///< 注册函数参数名字避免alloca重名
void addVariableDirectly(const std::string &name, Value *variable); ///< 直接添加变量到当前作用域,不重命名
std::vector<std::unique_ptr<GlobalValue>>& getGlobals(); ///< 获取全局变量列表
const std::vector<std::unique_ptr<ConstantVariable>>& getConsts() const; ///< 获取全局常量列表
void enterNewScope(); ///< 进入新的作用域
@@ -1557,6 +1604,9 @@ class SymbolTable {
bool isInGlobalScope() const; ///< 是否位于全局作用域
void enterGlobalScope(); ///< 进入全局作用域
bool isCurNodeNull() { return curNode == nullptr; }
/// 清理符号表中的所有内容
void cleanup();
};
//! IR unit for representing a SysY compile unit
@@ -1609,6 +1659,12 @@ class Module {
void addVariable(const std::string &name, AllocaInst *variable) {
variableTable.addVariable(name, variable);
} ///< 添加变量
void addVariableDirectly(const std::string &name, AllocaInst *variable) {
variableTable.addVariableDirectly(name, variable);
} ///< 直接添加变量到当前作用域,不重命名
void registerParameterName(const std::string &name) {
variableTable.registerParameterName(name);
} ///< 注册函数参数名字避免alloca重名
Value* getVariable(const std::string &name) {
return variableTable.getVariable(name);
} ///< 根据名字name和当前作用域获取变量
@@ -1621,7 +1677,7 @@ class Module {
} ///< 获取函数
Function* getExternalFunction(const std::string &name) const {
auto result = externalFunctions.find(name);
if (result == functions.end()) {
if (result == externalFunctions.end()) {
return nullptr;
}
return result->second.get();
@@ -1641,6 +1697,11 @@ class Module {
void leaveScope() { variableTable.leaveScope(); } ///< 离开作用域
bool isInGlobalArea() const { return variableTable.isInGlobalScope(); } ///< 是否位于全局作用域
/// 清理模块中的所有对象,包括函数、基本块、指令等
void cleanup();
void print(std::ostream& os) const;
};
/*!

View File

@@ -217,6 +217,12 @@ class IRBuilder {
BinaryInst * createOrInst(Value *lhs, Value *rhs, const std::string &name = "") {
return createBinaryInst(Instruction::kOr, Type::getIntType(), lhs, rhs, name);
} ///< 创建按位或指令
BinaryInst * createSRAInst(Value *lhs, Value *rhs, const std::string &name = "") {
return createBinaryInst(Instruction::kSRA, Type::getIntType(), lhs, rhs, name);
} ///< 创建算术右移指令
BinaryInst * createMulhInst(Value *lhs, Value *rhs, const std::string &name = "") {
return createBinaryInst(Instruction::kMulh, Type::getIntType(), lhs, rhs, name);
} ///< 创建高位乘法指令
CallInst * createCallInst(Function *callee, const std::vector<Value *> &args, const std::string &name = "") {
std::string newName;
if (name.empty() && callee->getReturnType() != Type::getVoidType()) {
@@ -344,38 +350,31 @@ class IRBuilder {
Type *currentWalkType = pointerType->as<PointerType>()->getBaseType();
// 遍历所有索引来深入类型层次结构。
// `indices` 向量包含了所有 GEP 索引,包括由 `visitLValue` 等函数添加的初始 `0` 索引
// 重要:第一个索引总是用于"解引用"指针,后续索引才用于数组/结构体的索引
for (int i = 0; i < indices.size(); ++i) {
if (currentWalkType->isArray()) {
// 情况一:当前遍历类型是 `ArrayType`。
// 索引用于选择数组元素,`currentWalkType` 更新为数组的元素类型。
currentWalkType = currentWalkType->as<ArrayType>()->getElementType();
} else if (currentWalkType->isPointer()) {
// 情况二:当前遍历类型是 `PointerType`。
// 这意味着我们正在通过一个指针来访问其指向的内存。
// 索引用于选择该指针所指向的“数组”的元素。
// `currentWalkType` 更新为该指针所指向的基础类型。
// 例如:如果 `currentWalkType` 是 `i32*`,它将变为 `i32`。
// 如果 `currentWalkType` 是 `[10 x i32]*`,它将变为 `[10 x i32]`。
currentWalkType = currentWalkType->as<PointerType>()->getBaseType();
if (i == 0) {
// 第一个索引:总是用于"解引用"基指针不改变currentWalkType
// 例如:对于 `[4 x i32]* ptr, i32 0`第一个0只是说"访问ptr指向的对象"
// currentWalkType 保持为 `[4 x i32]`
continue;
} else {
// 情况三:当前遍历类型是标量类型 (例如 `i32`, `float` 等非聚合、非指针类型)。
//
// 如果 `currentWalkType` 是标量,并且当前索引 `i` **不是** `indices` 向量中的最后一个索引,
// 这意味着尝试对一个标量类型进行进一步的结构性索引,这是**无效的**。
// 例如:`int x; x[0];` 对应的 GEP 链中,`x` 的类型是 `i32`,再加 `[0]` 索引就是错误。
//
// 如果 `currentWalkType` 是标量,且这是**最后一个索引** (`i == indices.size() - 1`)
// 那么 GEP 是合法的,它只是计算一个偏移地址,最终的类型就是这个标量类型。
// 此时 `currentWalkType` 保持不变,循环结束。
if (i < indices.size() - 1) {
assert(false && "Invalid GEP indexing: attempting to index into a non-aggregate/non-pointer type with further indices.");
return nullptr; // 返回空指针表示类型推断失败
// 后续索引:用于实际的数组/结构体索引
if (currentWalkType->isArray()) {
// 数组索引:选择数组中的元素
currentWalkType = currentWalkType->as<ArrayType>()->getElementType();
} else if (currentWalkType->isPointer()) {
// 指针索引:解引用指针并继续
currentWalkType = currentWalkType->as<PointerType>()->getBaseType();
} else {
// 标量类型:不能进一步索引
if (i < indices.size() - 1) {
assert(false && "Invalid GEP indexing: attempting to index into a non-aggregate/non-pointer type with further indices.");
return nullptr;
}
}
// 如果是最后一个索引,且当前类型是标量,则类型保持不变,这是合法的。
// 循环会自然结束,返回正确的 `currentWalkType`。
}
}
// 所有索引处理完毕后,`currentWalkType` 就是 GEP 指令最终计算出的地址所指向的元素的类型。
return currentWalkType;
}

View File

@@ -6,30 +6,82 @@
#include <set>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <functional>
namespace sysy {
// 支配树分析结果类 (保持不变)
// 支配树分析结果类
class DominatorTree : public AnalysisResultBase {
public:
DominatorTree(Function* F);
// 获取指定基本块的所有支配者
const std::set<BasicBlock*>* getDominators(BasicBlock* BB) const;
BasicBlock* getImmediateDominator(BasicBlock* BB) const;
const std::set<BasicBlock*>* getDominanceFrontier(BasicBlock* BB) const;
// 获取指定基本块的即时支配者 (Immediate Dominator)
BasicBlock* getImmediateDominator(BasicBlock* BB) const;
// 获取指定基本块的支配边界 (Dominance Frontier)
const std::set<BasicBlock*>* getDominanceFrontier(BasicBlock* BB) const;
// 获取指定基本块在支配树中的子节点
const std::set<BasicBlock*>* getDominatorTreeChildren(BasicBlock* BB) const;
// 额外的 Getter获取所有支配者、即时支配者和支配边界的完整映射可选主要用于调试或特定场景
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; }
// 计算所有基本块的支配者集合
void computeDominators(Function* F);
void computeIDoms(Function* F);
// 计算所有基本块的即时支配者(内部使用 Lengauer-Tarjan 算法)
void computeIDoms(Function* F);
// 计算所有基本块的支配边界
void computeDominanceFrontiers(Function* F);
// 计算支配树的结构(即每个节点的直接子节点)
void computeDominatorTreeChildren(Function* F);
private:
// 与该支配树关联的函数
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;
std::map<BasicBlock*, std::set<BasicBlock*>> Dominators; // 每个基本块的支配者集合
std::map<BasicBlock*, BasicBlock*> IDoms; // 每个基本块的即时支配者
std::map<BasicBlock*, std::set<BasicBlock*>> DominanceFrontiers; // 每个基本块的支配边界
std::map<BasicBlock*, std::set<BasicBlock*>> DominatorTreeChildren; // 支配树中每个基本块的子节点
// ==========================================================
// Lengauer-Tarjan 算法内部所需的数据结构和辅助函数
// 这些成员是私有的,以封装 LT 算法的复杂性并避免命名空间污染
// ==========================================================
// DFS 遍历相关:
std::map<BasicBlock*, int> dfnum_map; // 存储每个基本块的 DFS 编号
std::vector<BasicBlock*> vertex_vec; // 通过 DFS 编号反向查找对应的基本块指针
std::map<BasicBlock*, BasicBlock*> parent_map; // 存储 DFS 树中每个基本块的父节点
int df_counter; // DFS 计数器,也代表 DFS 遍历的总节点数 (N)
// 半支配者 (Semi-dominator) 相关:
std::map<BasicBlock*, BasicBlock*> sdom_map; // 存储每个基本块的半支配者
std::map<BasicBlock*, BasicBlock*> idom_map; // 存储每个基本块的即时支配者 (IDom)
std::map<BasicBlock*, std::vector<BasicBlock*>> bucket_map; // 桶结构,用于存储具有相同半支配者的节点,以延迟 IDom 计算
// 并查集 (Union-Find) 相关(用于 evalAndCompress 函数):
std::map<BasicBlock*, BasicBlock*> ancestor_map; // 并查集中的父节点(用于路径压缩)
std::map<BasicBlock*, BasicBlock*> label_map; // 并查集中,每个集合的代表节点(或其路径上 sdom 最小的节点)
// ==========================================================
// 辅助计算函数 (私有)
// ==========================================================
// 计算基本块的逆后序遍历 (Reverse Post Order, RPO) 顺序
// RPO 用于优化支配者计算和 LT 算法的效率
std::vector<BasicBlock*> computeReversePostOrder(Function* F);
// Lengauer-Tarjan 算法特定的辅助 DFS 函数
// 用于初始化 dfnum_map, vertex_vec, parent_map
void dfs_lt_helper(BasicBlock* u);
// 结合了并查集的 Find 操作和 LT 算法的 Eval 操作
// 用于在路径压缩时更新 label找到路径上 sdom 最小的节点
BasicBlock* evalAndCompress_lt_helper(BasicBlock* i);
// 并查集的 Link 操作
// 将 v_child 挂载到 u_parent 的并查集树下
void link_lt_helper(BasicBlock* u_parent, BasicBlock* v_child);
};

View File

@@ -0,0 +1,20 @@
#pragma once
#include "IR.h"
#include "Pass.h"
#include <queue>
#include <set>
namespace sysy {
class BuildCFG : public OptimizationPass {
public:
static void *ID;
BuildCFG() : OptimizationPass("BuildCFG", 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; }
};
} // namespace sysy

View File

@@ -0,0 +1,24 @@
#pragma once
#include "../Pass.h"
namespace sysy {
class LargeArrayToGlobalPass : public OptimizationPass {
public:
static void *ID;
LargeArrayToGlobalPass() : OptimizationPass("LargeArrayToGlobal", Granularity::Module) {}
bool runOnModule(Module *M, AnalysisManager &AM) override;
void *getPassID() const override {
return &ID;
}
private:
unsigned calculateTypeSize(Type *type);
void convertAllocaToGlobal(AllocaInst *alloca, Function *F, Module *M);
std::string generateUniqueGlobalName(AllocaInst *alloca, Function *F);
};
} // namespace sysy

View File

@@ -48,13 +48,6 @@ public:
}
}
}
// 清空 User 的 operands 向量。这会递减 User 持有的 shared_ptr<Use> 的引用计数。
// 当引用计数降为 0 时Use 对象本身将被销毁。
// User::operands.clear(); // 这个步骤会在 Instruction 的析构函数中自动完成,因为它是 vector 成员
// 或者我们可以在 User::removeOperand 方法中确保 Use 对象从 operands 中移除。
// 实际上,只要 Value::removeUse(use_ptr) 被调用了,
// 当 Instruction 所在的 unique_ptr 销毁时,它的 operands vector 也会被销毁。
// 所以这里不需要显式 clear()
}
static void usedelete(Instruction *inst) {
assert(inst && "Instruction to delete cannot be null.");
@@ -75,7 +68,7 @@ public:
// 步骤3: 物理删除指令
// 这会导致 Instruction 对象的 unique_ptr 销毁,从而调用其析构函数链。
parentBlock->removeInst(inst);
}
}
static BasicBlock::iterator usedelete(BasicBlock::iterator inst_it) {
Instruction *inst_to_delete = inst_it->get();
@@ -92,7 +85,7 @@ public:
// 步骤3: 物理删除指令并返回下一个迭代器
return parentBlock->removeInst(inst_it);
}
}
// 判断是否是全局变量
static bool isGlobal(Value *val) {

View File

@@ -299,7 +299,7 @@ private:
IRBuilder *pBuilder;
public:
PassManager() = default;
PassManager() = delete;
~PassManager() = default;
PassManager(Module *module, IRBuilder *builder) : pmodule(module) ,pBuilder(builder), analysisManager(module) {}

View File

@@ -86,7 +86,60 @@ private:
case LPAREN: case RPAREN: return 0; // Parentheses have lowest precedence for stack logic
default: return -1; // Unknown operator
}
}
};
struct ExpKey {
BinaryOp op; ///< 操作符
Value *left; ///< 左操作数
Value *right; ///< 右操作数
ExpKey(BinaryOp op, Value *left, Value *right) : op(op), left(left), right(right) {}
bool operator<(const ExpKey &other) const {
if (op != other.op)
return op < other.op; ///< 比较操作符
if (left != other.left)
return left < other.left; ///< 比较左操作
return right < other.right; ///< 比较右操作数
} ///< 重载小于运算符用于比较ExpKey
};
struct UnExpKey {
BinaryOp op; ///< 一元操作符
Value *operand; ///< 操作数
UnExpKey(BinaryOp op, Value *operand) : op(op), operand(operand) {}
bool operator<(const UnExpKey &other) const {
if (op != other.op)
return op < other.op; ///< 比较操作符
return operand < other.operand; ///< 比较操作数
} ///< 重载小于运算符用于比较UnExpKey
};
struct GEPKey {
Value *basePointer;
std::vector<Value *> indices;
// 为 std::map 定义比较运算符,使得 GEPKey 可以作为键
bool operator<(const GEPKey &other) const {
if (basePointer != other.basePointer) {
return basePointer < other.basePointer;
}
// 逐个比较索引,确保顺序一致
if (indices.size() != other.indices.size()) {
return indices.size() < other.indices.size();
}
for (size_t i = 0; i < indices.size(); ++i) {
if (indices[i] != other.indices[i]) {
return indices[i] < other.indices[i];
}
}
return false; // 如果 basePointer 和所有索引都相同,则认为相等
}
};
std::map<GEPKey, Value*> availableGEPs; ///< 用于存储 GEP 的缓存
std::map<ExpKey, Value*> availableBinaryExpressions;
std::map<UnExpKey, Value*> availableUnaryExpressions;
std::map<Value*, Value*> availableLoads;
public:
SysYIRGenerator() = default;
@@ -167,6 +220,15 @@ public:
Value* computeExp(SysYParser::ExpContext *ctx, Type* targetType = nullptr);
Value* computeAddExp(SysYParser::AddExpContext *ctx, Type* targetType = nullptr);
void compute();
// 参数是发生 store 操作的目标地址/变量的 Value*
void invalidateExpressionsOnStore(Value* storedAddress);
// 清除因函数调用而失效的表达式缓存(保守策略)
void invalidateExpressionsOnCall();
// 在进入新的基本块时清空所有表达式缓存
void enterNewBasicBlock();
public:
// 获取GEP指令的地址
Value* getGEPAddressInst(Value* basePointer, const std::vector<Value*>& indices);