LLVM学习笔记（49）

4.1.3. 降级

在前面的章节里，我们展示了目标机器特定节点与目标机器无关节点共存的一个图。你可能会问，如果这是指令选择的一个输入，为什么在SelectionDAG类中已经有一些目标机器特定的节点？要理解这，我们首先在下图概括指令选择之前所有的步骤，从左上角的LLVM IR步骤开始：

首先，一个SelectionDAGBuilder实例访问每个函数并为每个基本块创建一个SelectionDAG对象。在这个过程中，一些特殊的IR指令，比如call与ret，需要将目标机器特定的习语——例如，如何传递实参，如何从一个函数返回——翻译为SelectionDAG节点。为解决这个问题，类TargetLowering中的算法被第一次使用。这个类是每个目标机器必须都实现的一个抽象接口，它拥有所有后端可以使用的大量的通用功能。

要实现这个抽象接口，每个目标机器声明一个名为TargetLowering的TargetLowering子类。每个目标机器还重载方法，以实现如何将一个特定的、目标机器无关的高级节点降级到更接近这个机器的形式。正如期望的，仅有少数节点必须以这个方式降级，而大多数其他节点在指令选择时被匹配、替换。例如，在sum.bc的SelectionDAG中，X86TargetLowering::LowerReturn()方法用于降级IR ret指令。在这期间，它生成了X86ISD::RET_FLAG节点，它将函数结果拷贝到EAX——一个处理函数返回值的目标机器特定方式。

4.1.4. DAG合并与合法化

来自SelectionDAGBuilder的SelectionDAG输出还不能进行指令选择，必须通过额外的转换——显示在上图。在指令选择前应用的遍序列如下：

• 匹配一组节点，在有利时使用更简单的构造来替换它们，DAG合并遍优化SelectionDAG的结构。例如，(add (Register X), (constant 0))可以折叠为(Register X)。类似的，目标机器的合并方法可以识别节点模式，决定是否合并以及折叠它们，提升目标机器指令选择的质量。方法setTargetDAGCombine标记目标机器希望合并的节点。例如，MIPS后端尝试合并加法——参考lib/Target/Mips/MipsISelLowering.cpp的setTargetDAGCombine(ISD::ADD)与performADDCombine()。

（注：在每个合法化阶段后运行DAG合并以尽量减少SelectionDAG冗余。另外，DAG合并知道运行到遍链（pass chain）的何处（例如，在合法化或向量合法化之后），并且可以更精确地使用这个信息。）

• 类型合法化遍确保指令选择仅需要处理合法的类型。合法类型是目标机器原生支持的类型。例如，在仅支持i32类型的目标机器上带有i64操作数的加法是非法的。在这个情形里，类型合法器执行整数扩展，将一个i64操作数分解为两个i32操作数，同时生成处理它们的合适的代码。目标机器定义每个类型与哪些寄存器类相关，明确声明支持的类型。因此，必须相应地检测与处理非法类型：标量类型可以被提升、扩展或者弱化，而向量类型可以被分裂、标量化或者加宽。同样，目标机器也可以定制类型合法化的方法。类型合法器运行两次，在第一次DAG合并后，以及向量合法化后。
• 存在后端直接支持一个向量类型的情形，这意味着对此有一个寄存器类，但在一个给定向量类型上的一个特定操作不一定。例如，有SSE2的X86支持v4i32向量类型。不过，在ISD::OR上没有支持v4i32类型的X86指令，仅支持v2i64。因此，向量合法化器使用指令的合法类型提升或扩展来处理这些情形。在上述ISD::OR情形里，操作被提升为使用v2i64类型。

（注：对某些类型，扩展将消除向量类型，使用标量类型。这会导致目标机器不支持的标量类型。不过，后续的类型合法化器将清除之。）

• DAG合法化器具有与向量合法化器相同的任务，但处理任何带有不支持类型（标量或向量）的遗留操作。它支持相同的操作：提升，扩展，处理定制节点。例如，x86节点不支持以下三个中的任意一个：i8类型有符号整数到浮点数的操作（ISD::SINT_TO_FP），要求合法化器提升该操作；i32操作数上的有符号除法，要求一个扩展，发布一个库调用来处理该除法；f32操作数上浮点绝对值（ISD::FABS），使用一个定制句柄来生成具有相同效果的代码。X86以下列方式来发布这样的行为（参考lib/Target/X86/X86ISelLowering.cpp）：

setOperationAction(ISD::SINT_TO_FP, MVT::i8, Promote);

setOperationAction(ISD::SDIV, MVT::i32, Expand);

setOperationAction(ISD::FABS, MVT::f32, Custom);