SPIRV/spvIR.h

   1 //
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   3 //
   4 //All rights reserved.
   5 //
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   7 //modification, are permitted provided that the following conditions
   8 //are met:
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  13 //    Redistributions in binary form must reproduce the above
  14 //    copyright notice, this list of conditions and the following
  15 //    disclaimer in the documentation and/or other materials provided
  16 //    with the distribution.
  17 //
  18 //    Neither the name of 3Dlabs Inc. Ltd. nor the names of its
  19 //    contributors may be used to endorse or promote products derived
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  21 //
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  33 //POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  34
  35 //
  36 // Author: John Kessenich, LunarG
  37 //
  38
  39 // SPIRV-IR
  40 //
  41 // Simple in-memory representation (IR) of SPIRV.  Just for holding
  42 // Each function's CFG of blocks.  Has this hierarchy:
  43 //  - Module, which is a list of
  44 //    - Function, which is a list of
  45 //      - Block, which is a list of
  46 //        - Instruction
  47 //
  48
  49 #pragma once
  50 #ifndef spvIR_H
  51 #define spvIR_H
  52
  53 #include "spirv.hpp"
  54
  55 #include <vector>
  56 #include <iostream>
  57 #include <memory>
  58 #include <assert.h>
  59
  60 namespace spv {
  61
  62 class Function;
  63 class Module;
  64
  65 const Id NoResult = 0;
  66 const Id NoType = 0;
  67
  68 const unsigned int BadValue = 0xFFFFFFFF;
  69 const Decoration NoPrecision = (Decoration)BadValue;
  70 const MemorySemanticsMask MemorySemanticsAllMemory = (MemorySemanticsMask)0x3FF;
  71
  72 //
  73 // SPIR-V IR instruction.
  74 //
  75
  76 class Instruction {
  77 public:
  78     Instruction(Id resultId, Id typeId, Op opCode) : resultId(resultId), typeId(typeId), opCode(opCode) { }
  79     explicit Instruction(Op opCode) : resultId(NoResult), typeId(NoType), opCode(opCode) { }
  80     virtual ~Instruction() {}
  81     void addIdOperand(Id id) { operands.push_back(id); }
  82     void addImmediateOperand(unsigned int immediate) { operands.push_back(immediate); }
  83     void addStringOperand(const char* str)
  84     {
  85         originalString = str;
  86         unsigned int word;
  87         char* wordString = (char*)&word;
  88         char* wordPtr = wordString;
  89         int charCount = 0;
  90         char c;
  91         do {
  92             c = *(str++);
  93             *(wordPtr++) = c;
  94             ++charCount;
  95             if (charCount == 4) {
  96                 addImmediateOperand(word);
  97                 wordPtr = wordString;
  98                 charCount = 0;
  99             }
 100         } while (c != 0);
 101
 102         // deal with partial last word
 103         if (charCount > 0) {
 104             // pad with 0s
 105             for (; charCount < 4; ++charCount)
 106                 *(wordPtr++) = 0;
 107             addImmediateOperand(word);
 108         }
 109     }
 110     Op getOpCode() const { return opCode; }
 111     int getNumOperands() const { return (int)operands.size(); }
 112     Id getResultId() const { return resultId; }
 113     Id getTypeId() const { return typeId; }
 114     Id getIdOperand(int op) const { return operands[op]; }
 115     unsigned int getImmediateOperand(int op) const { return operands[op]; }
 116     const char* getStringOperand() const { return originalString.c_str(); }
 117
 118     // Write out the binary form.
 119     void dump(std::vector<unsigned int>& out) const
 120     {
 121         // Compute the wordCount
 122         unsigned int wordCount = 1;
 123         if (typeId)
 124             ++wordCount;
 125         if (resultId)
 126             ++wordCount;
 127         wordCount += (unsigned int)operands.size();
 128
 129         // Write out the beginning of the instruction
 130         out.push_back(((wordCount) << WordCountShift) | opCode);
 131         if (typeId)
 132             out.push_back(typeId);
 133         if (resultId)
 134             out.push_back(resultId);
 135
 136         // Write out the operands
 137         for (int op = 0; op < (int)operands.size(); ++op)
 138             out.push_back(operands[op]);
 139     }
 140
 141 protected:
 142     Instruction(const Instruction&);
 143     Id resultId;
 144     Id typeId;
 145     Op opCode;
 146     std::vector<Id> operands;
 147     std::string originalString;        // could be optimized away; convenience for getting string operand
 148 };
 149
 150 //
 151 // SPIR-V IR block.
 152 //
 153
 154 class Block {
 155 public:
 156     Block(Id id, Function& parent);
 157     virtual ~Block()
 158     {
 159     }
 160
 161     Id getId() { return instructions.front()->getResultId(); }
 162
 163     Function& getParent() const { return parent; }
 164     void addInstruction(std::unique_ptr<Instruction> inst);
 165     void addPredecessor(Block* pred) { predecessors.push_back(pred); }
 166     void addLocalVariable(std::unique_ptr<Instruction> inst) { localVariables.push_back(std::move(inst)); }
 167     int getNumPredecessors() const { return (int)predecessors.size(); }
 168     void setUnreachable() { unreachable = true; }
 169     bool isUnreachable() const { return unreachable; }
 170
 171     bool isTerminated() const
 172     {
 173         switch (instructions.back()->getOpCode()) {
 174         case OpBranch:
 175         case OpBranchConditional:
 176         case OpSwitch:
 177         case OpKill:
 178         case OpReturn:
 179         case OpReturnValue:
 180             return true;
 181         default:
 182             return false;
 183         }
 184     }
 185
 186     void dump(std::vector<unsigned int>& out) const
 187     {
 188         // skip the degenerate unreachable blocks
 189         // TODO: code gen: skip all unreachable blocks (transitive closure)
 190         //                 (but, until that's done safer to keep non-degenerate unreachable blocks, in case others depend on something)
 191         if (unreachable && instructions.size() <= 2)
 192             return;
 193
 194         instructions[0]->dump(out);
 195         for (int i = 0; i < (int)localVariables.size(); ++i)
 196             localVariables[i]->dump(out);
 197         for (int i = 1; i < (int)instructions.size(); ++i)
 198             instructions[i]->dump(out);
 199     }
 200
 201 protected:
 202     Block(const Block&);
 203     Block& operator=(Block&);
 204
 205     // To enforce keeping parent and ownership in sync:
 206     friend Function;
 207
 208     std::vector<std::unique_ptr<Instruction> > instructions;
 209     std::vector<Block*> predecessors;
 210     std::vector<std::unique_ptr<Instruction> > localVariables;
 211     Function& parent;
 212
 213     // track whether this block is known to be uncreachable (not necessarily
 214     // true for all unreachable blocks, but should be set at least
 215     // for the extraneous ones introduced by the builder).
 216     bool unreachable;
 217 };
 218
 219 //
 220 // SPIR-V IR Function.
 221 //
 222
 223 class Function {
 224 public:
 225     Function(Id id, Id resultType, Id functionType, Id firstParam, Module& parent);
 226     virtual ~Function()
 227     {
 228         for (int i = 0; i < (int)parameterInstructions.size(); ++i)
 229             delete parameterInstructions[i];
 230
 231         for (int i = 0; i < (int)blocks.size(); ++i)
 232             delete blocks[i];
 233     }
 234     Id getId() const { return functionInstruction.getResultId(); }
 235     Id getParamId(int p) { return parameterInstructions[p]->getResultId(); }
 236
 237     void addBlock(Block* block) { blocks.push_back(block); }
 238     void popBlock(Block*) { blocks.pop_back(); }
 239
 240     Module& getParent() const { return parent; }
 241     Block* getEntryBlock() const { return blocks.front(); }
 242     Block* getLastBlock() const { return blocks.back(); }
 243     void addLocalVariable(std::unique_ptr<Instruction> inst);
 244     Id getReturnType() const { return functionInstruction.getTypeId(); }
 245     void dump(std::vector<unsigned int>& out) const
 246     {
 247         // OpFunction
 248         functionInstruction.dump(out);
 249
 250         // OpFunctionParameter
 251         for (int p = 0; p < (int)parameterInstructions.size(); ++p)
 252             parameterInstructions[p]->dump(out);
 253
 254         // Blocks
 255         for (int b = 0; b < (int)blocks.size(); ++b)
 256             blocks[b]->dump(out);
 257         Instruction end(0, 0, OpFunctionEnd);
 258         end.dump(out);
 259     }
 260
 261 protected:
 262     Function(const Function&);
 263     Function& operator=(Function&);
 264
 265     Module& parent;
 266     Instruction functionInstruction;
 267     std::vector<Instruction*> parameterInstructions;
 268     std::vector<Block*> blocks;
 269 };
 270
 271 //
 272 // SPIR-V IR Module.
 273 //
 274
 275 class Module {
 276 public:
 277     Module() {}
 278     virtual ~Module()
 279     {
 280         // TODO delete things
 281     }
 282
 283     void addFunction(Function *fun) { functions.push_back(fun); }
 284
 285     void mapInstruction(Instruction *instruction)
 286     {
 287         spv::Id resultId = instruction->getResultId();
 288         // map the instruction's result id
 289         if (resultId >= idToInstruction.size())
 290             idToInstruction.resize(resultId + 16);
 291         idToInstruction[resultId] = instruction;
 292     }
 293
 294     Instruction* getInstruction(Id id) const { return idToInstruction[id]; }
 295     spv::Id getTypeId(Id resultId) const { return idToInstruction[resultId]->getTypeId(); }
 296     StorageClass getStorageClass(Id typeId) const
 297     {
 298         assert(idToInstruction[typeId]->getOpCode() == spv::OpTypePointer);
 299         return (StorageClass)idToInstruction[typeId]->getImmediateOperand(0);
 300     }
 301
 302     void dump(std::vector<unsigned int>& out) const
 303     {
 304         for (int f = 0; f < (int)functions.size(); ++f)
 305             functions[f]->dump(out);
 306     }
 307
 308 protected:
 309     Module(const Module&);
 310     std::vector<Function*> functions;
 311
 312     // map from result id to instruction having that result id
 313     std::vector<Instruction*> idToInstruction;
 314
 315     // map from a result id to its type id
 316 };
 317
 318 //
 319 // Implementation (it's here due to circular type definitions).
 320 //
 321
 322 // Add both
 323 // - the OpFunction instruction
 324 // - all the OpFunctionParameter instructions
 325 __inline Function::Function(Id id, Id resultType, Id functionType, Id firstParamId, Module& parent)
 326     : parent(parent), functionInstruction(id, resultType, OpFunction)
 327 {
 328     // OpFunction
 329     functionInstruction.addImmediateOperand(FunctionControlMaskNone);
 330     functionInstruction.addIdOperand(functionType);
 331     parent.mapInstruction(&functionInstruction);
 332     parent.addFunction(this);
 333
 334     // OpFunctionParameter
 335     Instruction* typeInst = parent.getInstruction(functionType);
 336     int numParams = typeInst->getNumOperands() - 1;
 337     for (int p = 0; p < numParams; ++p) {
 338         Instruction* param = new Instruction(firstParamId + p, typeInst->getIdOperand(p + 1), OpFunctionParameter);
 339         parent.mapInstruction(param);
 340         parameterInstructions.push_back(param);
 341     }
 342 }
 343
 344 __inline void Function::addLocalVariable(std::unique_ptr<Instruction> inst)
 345 {
 346     Instruction* raw_instruction = inst.get();
 347     blocks[0]->addLocalVariable(std::move(inst));
 348     parent.mapInstruction(raw_instruction);
 349 }
 350
 351 __inline Block::Block(Id id, Function& parent) : parent(parent), unreachable(false)
 352 {
 353     instructions.push_back(std::unique_ptr<Instruction>(new Instruction(id, NoType, OpLabel)));
 354 }
 355
 356 __inline void Block::addInstruction(std::unique_ptr<Instruction> inst)
 357 {
 358   Instruction* raw_instruction = inst.get();
 359     instructions.push_back(std::move(inst));
 360     if (raw_instruction->getResultId())
 361         parent.getParent().mapInstruction(raw_instruction);
 362 }
 363
 364 };  // end spv namespace
 365
 366 #endif // spvIR_H