0.pre7.38:
[sbcl.git] / src / compiler / vop.lisp
1 ;;;; structures for the second (virtual machine) intermediate
2 ;;;; representation in the compiler, IR2
3
4 ;;;; This software is part of the SBCL system. See the README file for
5 ;;;; more information.
6 ;;;;
7 ;;;; This software is derived from the CMU CL system, which was
8 ;;;; written at Carnegie Mellon University and released into the
9 ;;;; public domain. The software is in the public domain and is
10 ;;;; provided with absolutely no warranty. See the COPYING and CREDITS
11 ;;;; files for more information.
12
13 (in-package "SB!C")
14
15 ;;; the largest number of TNs whose liveness changes that we can have
16 ;;; in any block
17 (defconstant local-tn-limit 64)
18
19 (deftype local-tn-number () `(integer 0 (,local-tn-limit)))
20 (deftype local-tn-count () `(integer 0 ,local-tn-limit))
21 (deftype local-tn-vector () `(simple-vector ,local-tn-limit))
22 (deftype local-tn-bit-vector () `(simple-bit-vector ,local-tn-limit))
23
24 ;;; type of an SC number
25 (deftype sc-number () `(integer 0 (,sc-number-limit)))
26
27 ;;; types for vectors indexed by SC numbers
28 (deftype sc-vector () `(simple-vector ,sc-number-limit))
29 (deftype sc-bit-vector () `(simple-bit-vector ,sc-number-limit))
30
31 ;;; the different policies we can use to determine the coding strategy
32 (deftype ltn-policy ()
33   '(member :safe :small :fast :fast-safe))
34 \f
35 ;;;; PRIMITIVE-TYPEs
36
37 ;;; A PRIMITIVE-TYPE is used to represent the aspects of type
38 ;;; interesting to the VM. Selection of IR2 translation templates is
39 ;;; done on the basis of the primitive types of the operands, and the
40 ;;; primitive type of a value is used to constrain the possible
41 ;;; representations of that value.
42 (defstruct (primitive-type (:copier nil))
43   ;; the name of this PRIMITIVE-TYPE
44   (name nil :type symbol)
45   ;; a list of the SC numbers for all the SCs that a TN of this type
46   ;; can be allocated in
47   (scs nil :type list)
48   ;; the Lisp type equivalent to this type. If this type could never be
49   ;; returned by PRIMITIVE-TYPE, then this is the NIL (or empty) type
50   (type (required-argument) :type ctype)
51   ;; the template used to check that an object is of this type. This is a
52   ;; template of one argument and one result, both of primitive-type T. If
53   ;; the argument is of the correct type, then it is delivered into the
54   ;; result. If the type is incorrect, then an error is signalled.
55   (check nil :type (or template null)))
56
57 (defprinter (primitive-type)
58   name)
59 \f
60 ;;;; IR1 annotations used for IR2 conversion
61
62 ;;; Block-Info
63 ;;;    Holds the IR2-Block structure. If there are overflow blocks,
64 ;;;    then this points to the first IR2-Block. The Block-Info of the
65 ;;;    dummy component head and tail are dummy IR2 blocks that begin
66 ;;;    and end the emission order thread.
67 ;;;
68 ;;; Component-Info
69 ;;;    Holds the IR2-Component structure.
70 ;;;
71 ;;; Continuation-Info
72 ;;;    Holds the IR2-Continuation structure. Continuations whose
73 ;;;    values aren't used won't have any.
74 ;;;
75 ;;; Cleanup-Info
76 ;;;    If non-null, then a TN in which the affected dynamic
77 ;;;    environment pointer should be saved after the binding is
78 ;;;    instantiated.
79 ;;;
80 ;;; Environment-Info
81 ;;;    Holds the IR2-Environment structure.
82 ;;;
83 ;;; Tail-Set-Info
84 ;;;    Holds the Return-Info structure.
85 ;;;
86 ;;; NLX-Info-Info
87 ;;;    Holds the IR2-NLX-Info structure.
88 ;;;
89 ;;; Leaf-Info
90 ;;;    If a non-set lexical variable, the TN that holds the value in
91 ;;;    the home environment. If a constant, then the corresponding
92 ;;;    constant TN. If an XEP lambda, then the corresponding
93 ;;;    Entry-Info structure.
94 ;;;
95 ;;; Basic-Combination-Info
96 ;;;    The template chosen by LTN, or
97 ;;;     :FULL if this is definitely a full call.
98 ;;;     :FUNNY if this is an oddball thing with IR2-convert.
99 ;;;     :LOCAL if this is a local call.
100 ;;;
101 ;;; Node-Tail-P
102 ;;;    After LTN analysis, this is true only in combination nodes that are
103 ;;;    truly tail recursive.
104
105 ;;; An IR2-BLOCK holds information about a block that is used during
106 ;;; and after IR2 conversion. It is stored in the BLOCK-INFO slot for
107 ;;; the associated block.
108 (defstruct (ir2-block (:include block-annotation)
109                       (:constructor make-ir2-block (block))
110                       (:copier nil))
111   ;; the IR2-Block's number, which differs from Block's Block-Number
112   ;; if any blocks are split. This is assigned by lifetime analysis.
113   (number nil :type (or index null))
114   ;; information about unknown-values continuations that is used by
115   ;; stack analysis to do stack simulation. An UNKNOWN-VALUES
116   ;; continuation is PUSHED if its DEST is in another block.
117   ;; Similarly, a continuation is POPPED if its DEST is in this block
118   ;; but has its uses elsewhere. The continuations are in the order
119   ;; that are pushed/popped in the block. Note that the args to a
120   ;; single MV-Combination appear reversed in POPPED, since we must
121   ;; effectively pop the last argument first. All pops must come
122   ;; before all pushes (although internal MV uses may be interleaved.)
123   ;; POPPED is computed by LTN, and PUSHED is computed by stack
124   ;; analysis.
125   (pushed () :type list)
126   (popped () :type list)
127   ;; the result of stack analysis: lists of all the unknown-values
128   ;; continuations on the stack at the block start and end, topmost
129   ;; continuation first.
130   (start-stack () :type list)
131   (end-stack () :type list)
132   ;; the first and last VOP in this block. If there are none, both
133   ;; slots are null.
134   (start-vop nil :type (or vop null))
135   (last-vop nil :type (or vop null))
136   ;; the number of local TNs actually allocated
137   (local-tn-count 0 :type local-tn-count)
138   ;; a vector that maps local TN numbers to TNs. Some entries may be
139   ;; NIL, indicating that that number is unused. (This allows us to
140   ;; delete local conflict information without compressing the LTN
141   ;; numbers.)
142   ;;
143   ;; If an entry is :MORE, then this block contains only a single VOP.
144   ;; This VOP has so many more arguments and/or results that they
145   ;; cannot all be assigned distinct LTN numbers. In this case, we
146   ;; assign all the more args one LTN number, and all the more results
147   ;; another LTN number. We can do this, since more operands are
148   ;; referenced simultaneously as far as conflict analysis is
149   ;; concerned. Note that all these :More TNs will be global TNs.
150   (local-tns (make-array local-tn-limit) :type local-tn-vector)
151   ;; Bit-vectors used during lifetime analysis to keep track of
152   ;; references to local TNs. When indexed by the LTN number, the
153   ;; index for a TN is non-zero in Written if it is ever written in
154   ;; the block, and in Live-Out if the first reference is a read.
155   (written (make-array local-tn-limit :element-type 'bit
156                        :initial-element 0)
157            :type local-tn-bit-vector)
158   (live-out (make-array local-tn-limit :element-type 'bit)
159             :type local-tn-bit-vector)
160   ;; This is similar to the above, but is updated by lifetime flow
161   ;; analysis to have a 1 for LTN numbers of TNs live at the end of
162   ;; the block. This takes into account all TNs that aren't :Live.
163   (live-in (make-array local-tn-limit :element-type 'bit
164                        :initial-element 0)
165            :type local-tn-bit-vector)
166   ;; a thread running through the global-conflicts structures for this
167   ;; block, sorted by TN number
168   (global-tns nil :type (or global-conflicts null))
169   ;; the assembler label that points to the beginning of the code for
170   ;; this block, or NIL when we haven't assigned a label yet
171   (%label nil)
172   ;; list of Location-Info structures describing all the interesting
173   ;; (to the debugger) locations in this block
174   (locations nil :type list))
175
176 (defprinter (ir2-block)
177   (pushed :test pushed)
178   (popped :test popped)
179   (start-vop :test start-vop)
180   (last-vop :test last-vop)
181   (local-tn-count :test (not (zerop local-tn-count)))
182   (%label :test %label))
183
184 ;;; An IR2-CONTINUATION structure is used to annotate continuations
185 ;;; that are used as a function result continuation or that receive MVs.
186 (defstruct (ir2-continuation
187             (:constructor make-ir2-continuation (primitive-type))
188             (:copier nil))
189   ;; If this is :DELAYED, then this is a single value continuation for
190   ;; which the evaluation of the use is to be postponed until the
191   ;; evaluation of destination. This can be done for ref nodes or
192   ;; predicates whose destination is an IF.
193   ;;
194   ;; If this is :FIXED, then this continuation has a fixed number of
195   ;; values, with the TNs in LOCS.
196   ;;
197   ;; If this is :UNKNOWN, then this is an unknown-values continuation,
198   ;; using the passing locations in LOCS.
199   ;;
200   ;; If this is :UNUSED, then this continuation should never actually
201   ;; be used as the destination of a value: it is only used
202   ;; tail-recursively.
203   (kind :fixed :type (member :delayed :fixed :unknown :unused))
204   ;; The primitive-type of the first value of this continuation. This
205   ;; is primarily for internal use during LTN, but it also records the
206   ;; type restriction on delayed references. In multiple-value
207   ;; contexts, this is null to indicate that it is meaningless. This
208   ;; is always (primitive-type (continuation-type cont)), which may be
209   ;; more restrictive than the tn-primitive-type of the value TN. This
210   ;; is becase the value TN must hold any possible type that could be
211   ;; computed (before type checking.)
212   (primitive-type nil :type (or primitive-type null))
213   ;; Locations used to hold the values of the continuation. If the
214   ;; number of values if fixed, then there is one TN per value. If the
215   ;; number of values is unknown, then this is a two-list of TNs
216   ;; holding the start of the values glob and the number of values.
217   ;; Note that since type checking is the responsibility of the values
218   ;; receiver, these TNs primitive type is only based on the proven
219   ;; type information.
220   (locs nil :type list))
221
222 (defprinter (ir2-continuation)
223   kind
224   primitive-type
225   locs)
226
227 ;;; An IR2-COMPONENT serves mostly to accumulate non-code information
228 ;;; about the component being compiled.
229 (defstruct (ir2-component (:copier nil))
230   ;; the counter used to allocate global TN numbers
231   (global-tn-counter 0 :type index)
232   ;; NORMAL-TNS is the head of the list of all the normal TNs that
233   ;; need to be packed, linked through the Next slot. We place TNs on
234   ;; this list when we allocate them so that Pack can find them.
235   ;;
236   ;; RESTRICTED-TNS are TNs that must be packed within a finite SC. We
237   ;; pack these TNs first to ensure that the restrictions will be
238   ;; satisfied (if possible).
239   ;;
240   ;; WIRED-TNs are TNs that must be packed at a specific location. The
241   ;; SC and OFFSET are already filled in.
242   ;;
243   ;; CONSTANT-TNs are non-packed TNs that represent constants.
244   ;; :CONSTANT TNs may eventually be converted to :CACHED-CONSTANT
245   ;; normal TNs.
246   (normal-tns nil :type (or tn null))
247   (restricted-tns nil :type (or tn null))
248   (wired-tns nil :type (or tn null))
249   (constant-tns nil :type (or tn null))
250   ;; a list of all the :COMPONENT TNs (live throughout the component).
251   ;; These TNs will also appear in the {NORMAL,RESTRICTED,WIRED} TNs
252   ;; as appropriate to their location.
253   (component-tns () :type list)
254   ;; If this component has a NFP, then this is it.
255   (nfp nil :type (or tn null))
256   ;; a list of the explicitly specified save TNs (kind
257   ;; :SPECIFIED-SAVE). These TNs will also appear in the
258   ;; {NORMAL,RESTRICTED,WIRED} TNs as appropriate to their location.
259   (specified-save-tns () :type list)
260   ;; a list of all the blocks whose IR2-BLOCK has a non-null value for
261   ;; POPPED. This slot is initialized by LTN-ANALYZE as an input to
262   ;; STACK-ANALYZE.
263   (values-receivers nil :type list)
264   ;; an adjustable vector that records all the constants in the
265   ;; constant pool. A non-immediate :CONSTANT TN with offset 0 refers
266   ;; to the constant in element 0, etc. Normal constants are
267   ;; represented by the placing the CONSTANT leaf in this vector. A
268   ;; load-time constant is distinguished by being a cons (KIND .
269   ;; WHAT). KIND is a keyword indicating how the constant is computed,
270   ;; and WHAT is some context.
271   ;;
272   ;; These load-time constants are recognized:
273   ;;
274   ;; (:entry . <function>)
275   ;;    Is replaced by the code pointer for the specified function.
276   ;;    This is how compiled code (including DEFUN) gets its hands on
277   ;;    a function. <function> is the XEP lambda for the called
278   ;;    function; its LEAF-INFO should be an ENTRY-INFO structure.
279   ;;
280   ;; (:label . <label>)
281   ;;    Is replaced with the byte offset of that label from the start
282   ;;    of the code vector (including the header length.)
283   ;;
284   ;; A null entry in this vector is a placeholder for implementation
285   ;; overhead that is eventually stuffed in somehow.
286   (constants (make-array 10 :fill-pointer 0 :adjustable t) :type vector)
287   ;; some kind of info about the component's run-time representation.
288   ;; This is filled in by the VM supplied Select-Component-Format function.
289   format
290   ;; a list of the ENTRY-INFO structures describing all of the entries
291   ;; into this component. Filled in by entry analysis.
292   (entries nil :type list)
293   ;; Head of the list of :ALIAS TNs in this component, threaded by TN-NEXT.
294   (alias-tns nil :type (or tn null))
295   ;; SPILLED-VOPS is a hashtable translating from "interesting" VOPs
296   ;; to a list of the TNs spilled at that VOP. This is used when
297   ;; computing debug info so that we don't consider the TN's value to
298   ;; be valid when it is in fact somewhere else. SPILLED-TNS has T for
299   ;; every "interesting" TN that is ever spilled, providing a
300   ;; representation that is more convenient some places.
301   (spilled-vops (make-hash-table :test 'eq) :type hash-table)
302   (spilled-tns (make-hash-table :test 'eq) :type hash-table)
303   ;; dynamic vop count info. This is needed by both ir2-convert and
304   ;; setup-dynamic-count-info. (But only if we are generating code to
305   ;; collect dynamic statistics.)
306   #!+sb-dyncount
307   (dyncount-info nil :type (or null dyncount-info)))
308
309 ;;; An ENTRY-INFO condenses all the information that the dumper needs
310 ;;; to create each XEP's function entry data structure. ENTRY-INFO
311 ;;; structures are somtimes created before they are initialized, since
312 ;;; IR2 conversion may need to compile a forward reference. In this
313 ;;; case the slots aren't actually initialized until entry analysis runs.
314 (defstruct (entry-info (:copier nil))
315   ;; true if this function has a non-null closure environment
316   (closure-p nil :type boolean)
317   ;; a label pointing to the entry vector for this function, or NIL
318   ;; before ENTRY-ANALYZE runs
319   (offset nil :type (or label null))
320   ;; If this function was defined using DEFUN, then this is the name
321   ;; of the function, a symbol or (SETF <symbol>). Otherwise, this is
322   ;; some string that is intended to be informative.
323   (name "<not computed>" :type (or simple-string list symbol))
324   ;; a string representing the argument list that the function was
325   ;; defined with
326   (arguments nil :type (or simple-string null))
327   ;; a function type specifier representing the arguments and results
328   ;; of this function
329   (type 'function :type (or list (member function))))
330
331 ;;; An IR2-ENVIRONMENT is used to annotate non-LET LAMBDAs with their
332 ;;; passing locations. It is stored in the ENVIRONMENT-INFO.
333 (defstruct (ir2-environment (:copier nil))
334   ;; the TNs that hold the passed environment within the function.
335   ;; This is an alist translating from the NLX-INFO or LAMBDA-VAR to
336   ;; the TN that holds the corresponding value within this function.
337   ;;
338   ;; The elements of this list correspond to the elements of the list
339   ;; in the CLOSURE slot of the ENVIRONMENT object that links to us:
340   ;; essentially this list is related to the CLOSURE list by MAPCAR.
341   (environment (required-argument) :type list :read-only t)
342   ;; the TNs that hold the OLD-FP and RETURN-PC within the function.
343   ;; We always save these so that the debugger can do a backtrace,
344   ;; even if the function has no return (and thus never uses them).
345   ;; Null only temporarily.
346   (old-fp nil :type (or tn null))
347   (return-pc nil :type (or tn null))
348   ;; The passing location for the RETURN-PC. The return PC is treated
349   ;; differently from the other arguments, since in some
350   ;; implementations we may use a call instruction that requires the
351   ;; return PC to be passed in a particular place.
352   (return-pc-pass (required-argument) :type tn :read-only t)
353   ;; True if this function has a frame on the number stack. This is
354   ;; set by representation selection whenever it is possible that some
355   ;; function in our tail set will make use of the number stack.
356   (number-stack-p nil :type boolean)
357   ;; a list of all the :ENVIRONMENT TNs live in this environment
358   (live-tns nil :type list)
359   ;; a list of all the :DEBUG-ENVIRONMENT TNs live in this environment
360   (debug-live-tns nil :type list)
361   ;; a label that marks the start of elsewhere code for this function,
362   ;; or null until this label is assigned by codegen. Used for
363   ;; maintaining the debug source map.
364   (elsewhere-start nil :type (or label null))
365   ;; a label that marks the first location in this function at which
366   ;; the environment is properly initialized, i.e. arguments moved
367   ;; from their passing locations, etc. This is the start of the
368   ;; function as far as the debugger is concerned.
369   (environment-start nil :type (or label null)))
370 (defprinter (ir2-environment)
371   environment
372   old-fp
373   return-pc
374   return-pc-pass)
375
376 ;;; A RETURN-INFO is used by GTN to represent the return strategy and
377 ;;; locations for all the functions in a given TAIL-SET. It is stored
378 ;;; in the TAIL-SET-INFO.
379 (defstruct (return-info (:copier nil))
380   ;; The return convention used:
381   ;; -- If :UNKNOWN, we use the standard return convention.
382   ;; -- If :FIXED, we use the known-values convention.
383   (kind (required-argument) :type (member :fixed :unknown))
384   ;; the number of values returned, or :UNKNOWN if we don't know.
385   ;; COUNT may be known when KIND is :UNKNOWN, since we may choose the
386   ;; standard return convention for other reasons.
387   (count (required-argument) :type (or index (member :unknown)))
388   ;; If count isn't :UNKNOWN, then this is a list of the
389   ;; primitive-types of each value.
390   (types () :type list)
391   ;; If kind is :FIXED, then this is the list of the TNs that we
392   ;; return the values in.
393   (locations () :type list))
394 (defprinter (return-info)
395   kind
396   count
397   types
398   locations)
399
400 (defstruct (ir2-nlx-info (:copier nil))
401   ;; If the kind is :ENTRY (a lexical exit), then in the home
402   ;; environment, this holds a VALUE-CELL object containing the unwind
403   ;; block pointer. In the other cases nobody directly references the
404   ;; unwind-block, so we leave this slot null.
405   (home nil :type (or tn null))
406   ;; the saved control stack pointer
407   (save-sp (required-argument) :type tn)
408   ;; the list of dynamic state save TNs
409   (dynamic-state (list* (make-stack-pointer-tn)
410                         (make-dynamic-state-tns))
411                  :type list)
412   ;; the target label for NLX entry
413   (target (gen-label) :type label))
414 (defprinter (ir2-nlx-info)
415   home
416   save-sp
417   dynamic-state)
418 \f
419 ;;;; VOPs and templates
420
421 ;;; A VOP is a Virtual Operation. It represents an operation and the
422 ;;; operands to the operation.
423 (defstruct (vop (:constructor make-vop (block node info args results))
424                 (:copier nil))
425   ;; VOP-Info structure containing static info about the operation
426   (info nil :type (or vop-info null))
427   ;; the IR2-Block this VOP is in
428   (block (required-argument) :type ir2-block)
429   ;; VOPs evaluated after and before this one. Null at the
430   ;; beginning/end of the block, and temporarily during IR2
431   ;; translation.
432   (next nil :type (or vop null))
433   (prev nil :type (or vop null))
434   ;; heads of the TN-Ref lists for operand TNs, linked using the
435   ;; Across slot
436   (args nil :type (or tn-ref null))
437   (results nil :type (or tn-ref null))
438   ;; head of the list of write refs for each explicitly allocated
439   ;; temporary, linked together using the Across slot
440   (temps nil :type (or tn-ref null))
441   ;; head of the list of all TN-refs for references in this VOP,
442   ;; linked by the Next-Ref slot. There will be one entry for each
443   ;; operand and two (a read and a write) for each temporary.
444   (refs nil :type (or tn-ref null))
445   ;; stuff that is passed uninterpreted from IR2 conversion to
446   ;; codegen. The meaning of this slot is totally dependent on the VOP.
447   codegen-info
448   ;; the node that generated this VOP, for keeping track of debug info
449   (node nil :type (or node null))
450   ;; Local-TN bit vector representing the set of TNs live after args
451   ;; are read and before results are written. This is only filled in
452   ;; when VOP-INFO-SAVE-P is non-null.
453   (save-set nil :type (or local-tn-bit-vector null)))
454 (defprinter (vop)
455   (info :prin1 (vop-info-name info))
456   args
457   results
458   (codegen-info :test codegen-info))
459
460 ;;; A TN-REF object contains information about a particular reference
461 ;;; to a TN. The information in TN-REFs largely determines how TNs are
462 ;;; packed.
463 (defstruct (tn-ref (:constructor make-tn-ref (tn write-p))
464                    (:copier nil))
465   ;; the TN referenced
466   (tn (required-argument) :type tn)
467   ;; Is this is a write reference? (as opposed to a read reference)
468   (write-p nil :type boolean)
469   ;; the link for a list running through all TN-Refs for this TN of
470   ;; the same kind (read or write)
471   (next nil :type (or tn-ref null))
472   ;; the VOP where the reference happens, or NIL temporarily
473   (vop nil :type (or vop null))
474   ;; the link for a list of all TN-Refs in VOP, in reverse order of
475   ;; reference
476   (next-ref nil :type (or tn-ref null))
477   ;; the link for a list of the TN-Refs in VOP of the same kind
478   ;; (argument, result, temp)
479   (across nil :type (or tn-ref null))
480   ;; If true, this is a TN-Ref also in VOP whose TN we would like
481   ;; packed in the same location as our TN. Read and write refs are
482   ;; always paired: Target in the read points to the write, and
483   ;; vice-versa.
484   (target nil :type (or null tn-ref))
485   ;; the load TN allocated for this operand, if any
486   (load-tn nil :type (or tn null)))
487 (defprinter (tn-ref)
488   tn
489   write-p
490   (vop :test vop :prin1 (vop-info-name (vop-info vop))))
491
492 ;;; A TEMPLATE object represents a particular IR2 coding strategy for
493 ;;; a known function.
494 (def!struct (template (:constructor nil)
495                       #-sb-xc-host (:pure t))
496   ;; the symbol name of this VOP. This is used when printing the VOP
497   ;; and is also used to provide a handle for definition and
498   ;; translation.
499   (name nil :type symbol)
500   ;; the arg/result type restrictions. We compute this from the
501   ;; PRIMITIVE-TYPE restrictions to make life easier for IR1 phases
502   ;; that need to anticipate LTN's template selection.
503   (type (required-argument) :type function-type)
504   ;; lists of restrictions on the argument and result types. A
505   ;; restriction may take several forms:
506   ;; -- The restriction * is no restriction at all.
507   ;; -- A restriction (:OR <primitive-type>*) means that the operand 
508   ;;    must have one of the specified primitive types.
509   ;; -- A restriction (:CONSTANT <predicate> <type-spec>) means that the
510   ;;    argument (not a result) must be a compile-time constant that
511   ;;    satisfies the specified predicate function. In this case, the
512   ;;    constant value will be passed as an info argument rather than
513   ;;    as a normal argument. <type-spec> is a Lisp type specifier for
514   ;;    the type tested by the predicate, used when we want to represent
515   ;;    the type constraint as a Lisp function type.
516   ;;
517   ;; If RESULT-TYPES is :CONDITIONAL, then this is an IF-FOO style
518   ;; conditional that yeilds its result as a control transfer. The
519   ;; emit function takes two info arguments: the target label and a
520   ;; boolean flag indicating whether to negate the sense of the test.
521   (arg-types nil :type list)
522   (result-types nil :type (or list (member :conditional)))
523   ;; the primitive type restriction applied to each extra argument or
524   ;; result following the fixed operands. If NIL, no extra
525   ;; args/results are allowed. Otherwise, either * or a (:OR ...) list
526   ;; as described for the {ARG,RESULT}-TYPES.
527   (more-args-type nil :type (or (member nil *) cons))
528   (more-results-type nil :type (or (member nil *) cons))
529   ;; If true, this is a function that is called with no arguments to
530   ;; see whether this template can be emitted. This is used to
531   ;; conditionally compile for different target hardware
532   ;; configuarations (e.g. FP hardware.)
533   (guard nil :type (or function null))
534   ;; the policy under which this template is the best translation.
535   ;; Note that LTN might use this template under other policies if it
536   ;; can't figure out anything better to do.
537   (ltn-policy (required-argument) :type ltn-policy)
538   ;; the base cost for this template, given optimistic assumptions
539   ;; such as no operand loading, etc.
540   (cost (required-argument) :type index)
541   ;; If true, then this is a short noun-like phrase describing what
542   ;; this VOP "does", i.e. the implementation strategy. This is for
543   ;; use in efficiency notes.
544   (note nil :type (or string null))
545   ;; the number of trailing arguments to VOP or %PRIMITIVE that we
546   ;; bundle into a list and pass into the emit function. This provides
547   ;; a way to pass uninterpreted stuff directly to the code generator.
548   (info-arg-count 0 :type index)
549   ;; a function that emits the VOPs for this template. Arguments:
550   ;;  1] Node for source context.
551   ;;  2] IR2-Block that we place the VOP in.
552   ;;  3] This structure.
553   ;;  4] Head of argument TN-Ref list.
554   ;;  5] Head of result TN-Ref list.
555   ;;  6] If Info-Arg-Count is non-zero, then a list of the magic
556   ;;     arguments.
557   ;;
558   ;; Two values are returned: the first and last VOP emitted. This vop
559   ;; sequence must be linked into the VOP Next/Prev chain for the
560   ;; block. At least one VOP is always emitted.
561   (emit-function (required-argument) :type function))
562 (defprinter (template)
563   name
564   arg-types
565   result-types
566   (more-args-type :test more-args-type :prin1 more-args-type)
567   (more-results-type :test more-results-type :prin1 more-results-type)
568   ltn-policy
569   cost
570   (note :test note)
571   (info-arg-count :test (not (zerop info-arg-count))))
572
573 ;;; A VOP-INFO object holds the constant information for a given
574 ;;; virtual operation. We include TEMPLATE so that functions with a
575 ;;; direct VOP equivalent can be translated easily.
576 (def!struct (vop-info
577              (:include template)
578              (:make-load-form-fun ignore-it))
579   ;; side-effects of this VOP and side-effects that affect the value
580   ;; of this VOP
581   (effects (required-argument) :type attributes)
582   (affected (required-argument) :type attributes)
583   ;; If true, causes special casing of TNs live after this VOP that
584   ;; aren't results:
585   ;; -- If T, all such TNs that are allocated in a SC with a defined
586   ;;    save-sc will be saved in a TN in the save SC before the VOP
587   ;;    and restored after the VOP. This is used by call VOPs. A bit
588   ;;    vector representing the live TNs is stored in the VOP-SAVE-SET.
589   ;; -- If :Force-To-Stack, all such TNs will made into :Environment TNs
590   ;;    and forced to be allocated in SCs without any save-sc. This is
591   ;;    used by NLX entry vops.
592   ;; -- If :Compute-Only, just compute the save set, don't do any saving.
593   ;;    This is used to get the live variables for debug info.
594   (save-p nil :type (member t nil :force-to-stack :compute-only))
595   ;; info for automatic emission of move-arg VOPs by representation
596   ;; selection. If NIL, then do nothing special. If non-null, then
597   ;; there must be a more arg. Each more arg is moved to its passing
598   ;; location using the appropriate representation-specific
599   ;; move-argument VOP. The first (fixed) argument must be the
600   ;; control-stack frame pointer for the frame to move into. The first
601   ;; info arg is the list of passing locations.
602   ;;
603   ;; Additional constraints depend on the value:
604   ;;
605   ;; :FULL-CALL
606   ;;     None.
607   ;;
608   ;; :LOCAL-CALL
609   ;;     The second (fixed) arg is the NFP for the called function (from
610   ;;     ALLOCATE-FRAME.)
611   ;;
612   ;; :KNOWN-RETURN
613   ;;     If needed, the old NFP is computed using COMPUTE-OLD-NFP.
614   (move-args nil :type (member nil :full-call :local-call :known-return))
615   ;; a list of sc-vectors representing the loading costs of each fixed
616   ;; argument and result
617   (arg-costs nil :type list)
618   (result-costs nil :type list)
619   ;; if true, SC-VECTORs representing the loading costs for any more
620   ;; args and results
621   (more-arg-costs nil :type (or sc-vector null))
622   (more-result-costs nil :type (or sc-vector null))
623   ;; lists of SC-VECTORs mapping each SC to the SCs that we can load
624   ;; into. If a SC is directly acceptable to the VOP, then the entry
625   ;; is T. Otherwise, it is a list of the SC numbers of all the SCs
626   ;; that we can load into. This list will be empty if there is no
627   ;; load function which loads from that SC to an SC allowed by the
628   ;; operand SC restriction.
629   (arg-load-scs nil :type list)
630   (result-load-scs nil :type list)
631   ;; if true, a function that is called with the VOP to do operand
632   ;; targeting. This is done by modifying the TN-REF-TARGET slots in
633   ;; the TN-REFS so that they point to other TN-REFS in the same VOP.
634   (target-function nil :type (or null function))
635   ;; a function that emits assembly code for a use of this VOP when it
636   ;; is called with the VOP structure. This is null if this VOP has no
637   ;; specified generator (i.e. if it exists only to be inherited by
638   ;; other VOPs).
639   (generator-function nil :type (or function null))
640   ;; a list of things that are used to parameterize an inherited
641   ;; generator. This allows the same generator function to be used for
642   ;; a group of VOPs with similar implementations.
643   (variant nil :type list)
644   ;; the number of arguments and results. Each regular arg/result
645   ;; counts as one, and all the more args/results together count as 1.
646   (num-args 0 :type index)
647   (num-results 0 :type index)
648   ;; a vector of the temporaries the vop needs. See EMIT-GENERIC-VOP
649   ;; in vmdef for information on how the temps are encoded.
650   (temps nil :type (or null (specializable-vector (unsigned-byte 16))))
651   ;; the order all the refs for this vop should be put in. Each
652   ;; operand is assigned a number in the following ordering: args,
653   ;; more-args, results, more-results, temps This vector represents
654   ;; the order the operands should be put into in the next-ref link.
655   (ref-ordering nil :type (or null (specializable-vector (unsigned-byte 8))))
656   ;; a vector of the various targets that should be done. Each element
657   ;; encodes the source ref (shifted 8) and the dest ref index.
658   (targets nil :type (or null (specializable-vector (unsigned-byte 16)))))
659 \f
660 ;;;; SBs and SCs
661
662 ;;; copied from docs/internals/retargeting.tex by WHN 19990707:
663 ;;;
664 ;;; A Storage Base represents a physical storage resource such as a
665 ;;; register set or stack frame. Storage bases for non-global
666 ;;; resources such as the stack are relativized by the environment
667 ;;; that the TN is allocated in. Packing conflict information is kept
668 ;;; in the storage base, but non-packed storage resources such as
669 ;;; closure environments also have storage bases.
670 ;;;
671 ;;; Some storage bases:
672 ;;;     General purpose registers
673 ;;;     Floating point registers
674 ;;;     Boxed (control) stack environment
675 ;;;     Unboxed (number) stack environment
676 ;;;     Closure environment
677 ;;;
678 ;;; A storage class is a potentially arbitrary set of the elements in
679 ;;; a storage base. Although conceptually there may be a hierarchy of
680 ;;; storage classes such as "all registers", "boxed registers", "boxed
681 ;;; scratch registers", this doesn't exist at the implementation
682 ;;; level. Such things can be done by specifying storage classes whose
683 ;;; locations overlap. A TN shouldn't have lots of overlapping SC's as
684 ;;; legal SC's, since time would be wasted repeatedly attempting to
685 ;;; pack in the same locations.
686 ;;;
687 ;;; ...
688 ;;;
689 ;;; Some SCs:
690 ;;;     Reg: any register (immediate objects)
691 ;;;     Save-Reg: a boxed register near r15 (registers easily saved in a call)
692 ;;;     Boxed-Reg: any boxed register (any boxed object)
693 ;;;     Unboxed-Reg: any unboxed register (any unboxed object)
694 ;;;     Float-Reg, Double-Float-Reg: float in FP register.
695 ;;;     Stack: boxed object on the stack (on cstack)
696 ;;;     Word: any 32bit unboxed object on nstack.
697 ;;;     Double: any 64bit unboxed object on nstack.
698
699 ;;; The SB structure represents the global information associated with
700 ;;; a storage base.
701 (def!struct (sb (:make-load-form-fun just-dump-it-normally))
702   ;; name, for printing and reference
703   (name nil :type symbol)
704   ;; the kind of storage base (which determines the packing
705   ;; algorithm)
706   (kind :non-packed :type (member :finite :unbounded :non-packed))
707   ;; the number of elements in the SB. If finite, this is the total
708   ;; size. If unbounded, this is the size that the SB is initially
709   ;; allocated at.
710   (size 0 :type index))
711 (defprinter (sb)
712   name)
713
714 ;;; A FINITE-SB holds information needed by the packing algorithm for
715 ;;; finite SBs.
716 (def!struct (finite-sb (:include sb))
717   ;; the number of locations currently allocated in this SB
718   (current-size 0 :type index)
719   ;; the last location packed in, used by pack to scatter TNs to
720   ;; prevent a few locations from getting all the TNs, and thus
721   ;; getting overcrowded, reducing the possibilities for targeting.
722   (last-offset 0 :type index)
723   ;; a vector containing, for each location in this SB, a vector
724   ;; indexed by IR2 block numbers, holding local conflict bit vectors.
725   ;; A TN must not be packed in a given location within a particular
726   ;; block if the LTN number for that TN in that block corresponds to
727   ;; a set bit in the bit-vector.
728   (conflicts '#() :type simple-vector)
729   ;; a vector containing, for each location in this SB, a bit-vector
730   ;; indexed by IR2 block numbers. If the bit corresponding to a block
731   ;; is set, then the location is in use somewhere in the block, and
732   ;; thus has a conflict for always-live TNs.
733   (always-live '#() :type simple-vector)
734   ;; a vector containing the TN currently live in each location in the
735   ;; SB, or NIL if the location is unused. This is used during load-tn pack.
736   (live-tns '#() :type simple-vector)
737   ;; the number of blocks for which the ALWAYS-LIVE and CONFLICTS
738   ;; might not be virgin, and thus must be reinitialized when PACK
739   ;; starts. Less then the length of those vectors when not all of the
740   ;; length was used on the previously packed component.
741   (last-block-count 0 :type index))
742
743 ;;; the SC structure holds the storage base that storage is allocated
744 ;;; in and information used to select locations within the SB
745 (defstruct (sc (:copier nil))
746   ;; name, for printing and reference
747   (name nil :type symbol)
748   ;; the number used to index SC cost vectors
749   (number 0 :type sc-number)
750   ;; the storage base that this SC allocates storage from
751   (sb nil :type (or sb null))
752   ;; the size of elements in this SC, in units of locations in the SB
753   (element-size 0 :type index)
754   ;; if our SB is finite, a list of the locations in this SC
755   (locations nil :type list)
756   ;; a list of the alternate (save) SCs for this SC
757   (alternate-scs nil :type list)
758   ;; a list of the constant SCs that can me moved into this SC
759   (constant-scs nil :type list)
760   ;; true if the values in this SC needs to be saved across calls
761   (save-p nil :type boolean)
762   ;; vectors mapping from SC numbers to information about how to load
763   ;; from the index SC to this one. Move-Functions holds the names of
764   ;; the functions used to do loading, and Load-Costs holds the cost
765   ;; of the corresponding Move-Functions. If loading is impossible,
766   ;; then the entries are NIL. Load-Costs is initialized to have a 0
767   ;; for this SC.
768   (move-functions (make-array sc-number-limit :initial-element nil)
769                   :type sc-vector)
770   (load-costs (make-array sc-number-limit :initial-element nil)
771               :type sc-vector)
772   ;; a vector mapping from SC numbers to possibly
773   ;; representation-specific move and coerce VOPs. Each entry is a
774   ;; list of VOP-INFOs for VOPs that move/coerce an object in the
775   ;; index SC's representation into this SC's representation. This
776   ;; vector is filled out with entries for all SCs that can somehow be
777   ;; coerced into this SC, not just those VOPs defined to directly
778   ;; move into this SC (i.e. it allows for operand loading on the move
779   ;; VOP's operands.)
780   ;;
781   ;; When there are multiple applicable VOPs, the template arg and
782   ;; result type restrictions are used to determine which one to use.
783   ;; The list is sorted by increasing cost, so the first applicable
784   ;; VOP should be used.
785   ;;
786   ;; Move (or move-arg) VOPs with descriptor results shouldn't have
787   ;; TNs wired in the standard argument registers, since there may
788   ;; already be live TNs wired in those locations holding the values
789   ;; that we are setting up for unknown-values return.
790   (move-vops (make-array sc-number-limit :initial-element nil)
791              :type sc-vector)
792   ;; the costs corresponding to the MOVE-VOPS. Separate because this
793   ;; info is needed at meta-compile time, while the MOVE-VOPs don't
794   ;; exist till load time. If no move is defined, then the entry is
795   ;; NIL.
796   (move-costs (make-array sc-number-limit :initial-element nil)
797               :type sc-vector)
798   ;; similar to Move-VOPs, except that we only ever use the entries
799   ;; for this SC and its alternates, since we never combine complex
800   ;; representation conversion with argument passing.
801   (move-arg-vops (make-array sc-number-limit :initial-element nil)
802                  :type sc-vector)
803   ;; true if this SC or one of its alternates in in the NUMBER-STACK SB.
804   (number-stack-p nil :type boolean)
805   ;; alignment restriction. The offset must be an even multiple of this.
806   (alignment 1 :type (and index (integer 1)))
807   ;; a list of locations that we avoid packing in during normal
808   ;; register allocation to ensure that these locations will be free
809   ;; for operand loading. This prevents load-TN packing from thrashing
810   ;; by spilling a lot.
811   (reserve-locations nil :type list))
812 (defprinter (sc)
813   name)
814 \f
815 ;;;; TNs
816
817 (defstruct (tn (:include sset-element)
818                (:constructor make-random-tn)
819                (:constructor make-tn (number kind primitive-type sc))
820                (:copier nil))
821   ;; The kind of TN this is:
822   ;;
823   ;;   :NORMAL
824   ;;    A normal, non-constant TN, representing a variable or temporary.
825   ;;    Lifetime information is computed so that packing can be done.
826   ;;
827   ;;   :ENVIRONMENT
828   ;;    A TN that has hidden references (debugger or NLX), and thus must be
829   ;;    allocated for the duration of the environment it is referenced in.
830   ;;
831   ;;   :DEBUG-ENVIRONMENT
832   ;;    Like :ENVIRONMENT, but is used for TNs that we want to be able to
833   ;;    target to/from and that don't absolutely have to be live
834   ;;    everywhere. These TNs are live in all blocks in the environment
835   ;;    that don't reference this TN.
836   ;;
837   ;;   :COMPONENT
838   ;;    A TN that implicitly conflicts with all other TNs. No conflict
839   ;;    info is computed.
840   ;;
841   ;;   :SAVE
842   ;;   :SAVE-ONCE
843   ;;    A TN used for saving a :NORMAL TN across function calls. The
844   ;;    lifetime information slots are unitialized: get the original
845   ;;    TN our of the SAVE-TN slot and use it for conflicts. SAVE-ONCE
846   ;;    is like :SAVE, except that it is only save once at the single
847   ;;    writer of the original TN.
848   ;;
849   ;;   :SPECIFIED-SAVE
850   ;;    A TN that was explicitly specified as the save TN for another TN.
851   ;;    When we actually get around to doing the saving, this will be
852   ;;    changed to :SAVE or :SAVE-ONCE.
853   ;;
854   ;;   :LOAD
855   ;;    A load-TN used to compute an argument or result that is
856   ;;    restricted to some finite SB. Load TNs don't have any conflict
857   ;;    information. Load TN pack uses a special local conflict
858   ;;    determination method.
859   ;;
860   ;;   :CONSTANT
861   ;;    Represents a constant, with TN-LEAF a CONSTANT leaf. Lifetime
862   ;;    information isn't computed, since the value isn't allocated by
863   ;;    pack, but is instead generated as a load at each use. Since
864   ;;    lifetime analysis isn't done on :CONSTANT TNs, they don't have
865   ;;    LOCAL-NUMBERs and similar stuff.
866   ;;
867   ;;   :ALIAS
868   ;;    A special kind of TN used to represent initialization of local
869   ;;    call arguments in the caller. It provides another name for the
870   ;;    argument TN so that lifetime analysis doesn't get confused by
871   ;;    self-recursive calls. Lifetime analysis treats this the same
872   ;;    as :NORMAL, but then at the end merges the conflict info into
873   ;;    the original TN and replaces all uses of the alias with the
874   ;;    original TN. SAVE-TN holds the aliased TN.
875   (kind (required-argument)
876         :type (member :normal :environment :debug-environment
877                       :save :save-once :specified-save :load :constant
878                       :component :alias))
879   ;; the primitive-type for this TN's value. Null in restricted or
880   ;; wired TNs.
881   (primitive-type nil :type (or primitive-type null))
882   ;; If this TN represents a variable or constant, then this is the
883   ;; corresponding Leaf.
884   (leaf nil :type (or leaf null))
885   ;; thread that links TNs together so that we can find them
886   (next nil :type (or tn null))
887   ;; head of TN-Ref lists for reads and writes of this TN
888   (reads nil :type (or tn-ref null))
889   (writes nil :type (or tn-ref null))
890   ;; a link we use when building various temporary TN lists
891   (next* nil :type (or tn null))
892   ;; some block that contains a reference to this TN, or Nil if we
893   ;; haven't seen any reference yet. If the TN is local, then this is
894   ;; the block it is local to.
895   (local nil :type (or ir2-block null))
896   ;; If a local TN, the block relative number for this TN. Global TNs
897   ;; whose liveness changes within a block are also assigned a local
898   ;; number during the conflicts analysis of that block. If the TN has
899   ;; no local number within the block, then this is Nil.
900   (local-number nil :type (or local-tn-number null))
901   ;; If this object is a local TN, this slot is a bit-vector with 1
902   ;; for the local-number of every TN that we conflict with.
903   (local-conflicts (make-array local-tn-limit :element-type 'bit
904                                :initial-element 0)
905                    :type local-tn-bit-vector)
906   ;; head of the list of GLOBAL-CONFLICTS structures for a global TN.
907   ;; This list is sorted by block number (i.e. reverse DFO), allowing
908   ;; the intersection between the lifetimes for two global TNs to be
909   ;; easily found. If null, then this TN is a local TN.
910   (global-conflicts nil :type (or global-conflicts null))
911   ;; during lifetime analysis, this is used as a pointer into the
912   ;; conflicts chain, for scanning through blocks in reverse DFO
913   (current-conflict nil)
914   ;; In a :SAVE TN, this is the TN saved. In a :NORMAL or :ENVIRONMENT
915   ;; TN, this is the associated save TN. In TNs with no save TN, this
916   ;; is null.
917   (save-tn nil :type (or tn null))
918   ;; After pack, the SC we packed into. Beforehand, the SC we want to
919   ;; pack into, or null if we don't know.
920   (sc nil :type (or sc null))
921   ;; the offset within the SB that this TN is packed into. This is what
922   ;; indicates that the TN is packed
923   (offset nil :type (or index null))
924   ;; some kind of info about how important this TN is
925   (cost 0 :type fixnum)
926   ;; If a :ENVIRONMENT or :DEBUG-ENVIRONMENT TN, this is the
927   ;; environment that the TN is live throughout.
928   (environment nil :type (or environment null)))
929 (def!method print-object ((tn tn) stream)
930   (print-unreadable-object (tn stream :type t)
931     ;; KLUDGE: The distinction between PRINT-TN and PRINT-OBJECT on TN is
932     ;; not very mnemonic. -- WHN 20000124
933     (print-tn tn stream)))
934
935 ;;; The GLOBAL-CONFLICTS structure represents the conflicts for global
936 ;;; TNs. Each global TN has a list of these structures, one for each
937 ;;; block that it is live in. In addition to repsenting the result of
938 ;;; lifetime analysis, the global conflicts structure is used during
939 ;;; lifetime analysis to represent the set of TNs live at the start of
940 ;;; the IR2 block.
941 (defstruct (global-conflicts
942             (:constructor make-global-conflicts (kind tn block number))
943             (:copier nil))
944   ;; the IR2-Block that this structure represents the conflicts for
945   (block (required-argument) :type ir2-block)
946   ;; thread running through all the Global-Conflict for Block. This
947   ;; thread is sorted by TN number
948   (next nil :type (or global-conflicts null))
949   ;; the way that TN is used by Block
950   ;;
951   ;;    :READ
952   ;;    The TN is read before it is written. It starts the block live,
953   ;;    but is written within the block.
954   ;;
955   ;;    :WRITE
956   ;;    The TN is written before any read. It starts the block dead,
957   ;;    and need not have a read within the block.
958   ;;
959   ;;    :READ-ONLY
960   ;;    The TN is read, but never written. It starts the block live,
961   ;;    and is not killed by the block. Lifetime analysis will promote
962   ;;    :Read-Only TNs to :Live if they are live at the block end.
963   ;;
964   ;;    :LIVE
965   ;;    The TN is not referenced. It is live everywhere in the block.
966   (kind :read-only :type (member :read :write :read-only :live))
967   ;; a local conflicts vector representing conflicts with TNs live in
968   ;; Block. The index for the local TN number of each TN we conflict
969   ;; with in this block is 1. To find the full conflict set, the :Live
970   ;; TNs for Block must also be included. This slot is not meaningful
971   ;; when Kind is :Live.
972   (conflicts (make-array local-tn-limit
973                          :element-type 'bit
974                          :initial-element 0)
975              :type local-tn-bit-vector)
976   ;; the TN we are recording conflicts for.
977   (tn (required-argument) :type tn)
978   ;; thread through all the Global-Conflicts for TN
979   (tn-next nil :type (or global-conflicts null))
980   ;; TN's local TN number in Block. :Live TNs don't have local numbers.
981   (number nil :type (or local-tn-number null)))
982 (defprinter (global-conflicts)
983   tn
984   block
985   kind
986   (number :test number))