Mate/BasicBlocks.hs

   1 {-# LANGUAGE OverloadedStrings #-}
   2 module Mate.BasicBlocks(
   3   BlockID,
   4   BasicBlock,
   5   BBEnd,
   6   MapBB,
   7   Method,
   8   printMapBB,
   9   parseMethod,
  10   testCFG -- added by hs to perform benches from outside
  11   )where
  12
  13 import Data.Binary
  14 import Data.Int
  15 import Data.List
  16 import qualified Data.Map as M
  17 import qualified Data.ByteString.Lazy as B
  18 import Data.Maybe
  19
  20 import JVM.ClassFile
  21 import JVM.Converter
  22 import JVM.Assembler
  23
  24 import Mate.Types
  25 import Mate.Debug
  26 import Mate.Utilities
  27
  28 -- for immediate representation to determine BBs
  29 type Offset = (Int, Maybe BBEnd) -- (offset in bytecode, offset to jump target)
  30 type OffIns = (Offset, Instruction)
  31
  32
  33 printMapBB :: MapBB -> IO ()
  34 printMapBB hmap = do
  35   printfBb "BlockIDs: "
  36   let keys = M.keys hmap
  37   mapM_ (printfBb. (flip (++)) ", " . show) keys
  38   printfBb "\n\nBasicBlocks:"
  39   printMapBB' keys hmap
  40     where
  41       printMapBB' :: [BlockID] -> MapBB -> IO ()
  42       printMapBB' [] _ = return ()
  43       printMapBB' (i:is) hmap' = case M.lookup i hmap' of
  44         Just bb -> do
  45           printfBb $ "Block " ++ (show i)
  46           mapM_ printfBb (map ((++) "\t" . show) $ code bb)
  47           printfBb $ case successor bb of
  48             Return -> ""
  49             FallThrough t1 -> "Sucessor: " ++ (show t1) ++ "\n"
  50             OneTarget t1 -> "Sucessor: " ++ (show t1) ++ "\n"
  51             TwoTarget t1 t2 -> "Sucessor: " ++ (show t1) ++ ", " ++ (show t2) ++ "\n"
  52           printMapBB' is hmap
  53         Nothing -> error $ "BlockID " ++ show i ++ " not found."
  54
  55 {-
  56 testInstance :: String -> B.ByteString -> MethodSignature -> IO ()
  57 testInstance cf method sig = do
  58   cls <- parseClassFile cf
  59   hmap <- parseMethod cls method sig
  60   printMapBB hmap
  61
  62 test_main :: IO ()
  63 test_main = do
  64   test_01
  65   test_02
  66   test_03
  67   test_04
  68
  69 test_01, test_02, test_03, test_04 :: IO ()
  70 test_01 = testInstance "./tests/Fib.class" "fib"
  71 test_02 = testInstance "./tests/While.class" "f"
  72 test_03 = testInstance "./tests/While.class" "g"
  73 test_04 = testInstance "./tests/Fac.class" "fac"
  74 -}
  75
  76
  77 parseMethod :: Class Direct -> B.ByteString -> MethodSignature -> IO RawMethod
  78 parseMethod cls methodname sig = do
  79   let method = fromMaybe
  80                (error $ "method " ++ (show . toString) methodname ++ " not found")
  81                (lookupMethodSig methodname sig cls)
  82   let codeseg = fromMaybe
  83                 (error $ "codeseg " ++ (show . toString) methodname ++ " not found")
  84                 (attrByName method "Code")
  85   let decoded = decodeMethod codeseg
  86   let mapbb = testCFG decoded
  87   let locals = fromIntegral (codeMaxLocals decoded)
  88   let stacks = fromIntegral (codeStackSize decoded)
  89   let codelen = fromIntegral (codeLength decoded)
  90   let methoddirect = methodInfoToMethod (MethodInfo methodname "" sig) cls
  91   let isStatic = methodIsStatic methoddirect
  92   let nametype = methodNameType methoddirect
  93   let argscount = methodGetArgsCount nametype + (if isStatic then 0 else 1)
  94
  95   let msig = methodSignature method
  96   printfBb $ printf "BB: analysing \"%s\"\n" $ toString (methodname `B.append` ": " `B.append` encode msig)
  97   printMapBB mapbb
  98   -- small example how to get information about
  99   -- exceptions of a method
 100   -- TODO: remove ;-)
 101   let (Just m) = lookupMethodSig methodname sig cls
 102   case attrByName m "Code" of
 103     Nothing ->
 104       printfBb $ printf "exception: no handler for this method\n"
 105     Just exceptionstream ->
 106       printfBb $ printf "exception: \"%s\"\n" (show $ codeExceptions $ decodeMethod exceptionstream)
 107   return $ RawMethod mapbb locals stacks argscount codelen
 108
 109
 110 testCFG :: Code -> MapBB
 111 testCFG = buildCFG . codeInstructions
 112
 113 buildCFG :: [Instruction] -> MapBB
 114 buildCFG xs = buildCFG' M.empty xs' xs'
 115   where
 116   xs' :: [OffIns]
 117   xs' = markBackwardTargets $ calculateInstructionOffset xs
 118
 119 -- get already calculated jmp-targets and mark the predecessor of the
 120 -- target-instruction as "FallThrough". we just care about backwards
 121 -- jumps here (forward jumps are handled in buildCFG')
 122 markBackwardTargets :: [OffIns] -> [OffIns]
 123 markBackwardTargets [] = []
 124 markBackwardTargets (x:[]) = [x]
 125 markBackwardTargets insns@(x@((x_off,x_bbend),x_ins):y@((y_off,_),_):xs) =
 126   x_new:markBackwardTargets (y:xs)
 127     where
 128       x_new = if isTarget then checkX y_off else x
 129       checkX w16 = case x_bbend of
 130         Just _ -> x -- already marked, don't change
 131         Nothing -> ((x_off, Just $ FallThrough w16), x_ins) -- mark previous insn
 132
 133       -- look through all remaining insns in the stream if there is a jmp to `y'
 134       isTarget = case find cmpOffset insns of Just _ -> True; Nothing -> False
 135       cmpOffset ((_,Just (OneTarget w16)),_) = w16 == y_off
 136       cmpOffset ((_,Just (TwoTarget _ w16)),_) = w16 == y_off
 137       cmpOffset _ = False
 138
 139
 140 buildCFG' :: MapBB -> [OffIns] -> [OffIns] -> MapBB
 141 buildCFG' hmap [] _ = hmap
 142 buildCFG' hmap (((off, entry), _):xs) insns = buildCFG' (insertlist entryi hmap) xs insns
 143   where
 144     insertlist :: [BlockID] -> MapBB -> MapBB
 145     insertlist [] hmap' = hmap'
 146     insertlist (y:ys) hmap' = insertlist ys newhmap
 147       where
 148         newhmap = if M.member y hmap' then hmap' else M.insert y value hmap'
 149         value = parseBasicBlock y insns
 150     entryi :: [BlockID]
 151     entryi = if off == 0 then 0:ys else ys -- also consider the entrypoint
 152       where
 153         ys = case entry of
 154           Just (TwoTarget t1 t2) -> [t1, t2]
 155           Just (OneTarget t) -> [t]
 156           Just (FallThrough t) -> [t]
 157           Just Return -> []
 158           Nothing -> []
 159
 160
 161 parseBasicBlock :: Int -> [OffIns] -> BasicBlock
 162 parseBasicBlock i insns = BasicBlock insonly endblock
 163   where
 164     startlist = dropWhile (\((x,_),_) -> x < i) insns
 165     (Just ((_, Just endblock),_), is) = takeWhilePlusOne validins startlist
 166     insonly = snd $ unzip is
 167
 168     -- also take last (non-matched) element and return it
 169     takeWhilePlusOne :: (a -> Bool) -> [a] -> (Maybe a,[a])
 170     takeWhilePlusOne _ [] = (Nothing,[])
 171     takeWhilePlusOne p (x:xs)
 172       | p x       =  let (lastins, list) = takeWhilePlusOne p xs in (lastins, x:list)
 173       | otherwise =  (Just x,[x])
 174
 175     validins :: ((Int, Maybe BBEnd), Instruction) -> Bool
 176     validins ((_,x),_) = case x of Just _ -> False; Nothing -> True
 177
 178
 179 calculateInstructionOffset :: [Instruction] -> [OffIns]
 180 calculateInstructionOffset = cio' (0, Nothing)
 181   where
 182     newoffset :: Instruction -> Int -> Offset
 183     newoffset x off = (off + fromIntegral (B.length $ encodeInstructions [x]), Nothing)
 184
 185     addW16Signed :: Int -> Word16 -> Int
 186     addW16Signed i w16 = i + fromIntegral s16
 187       where s16 = fromIntegral w16 :: Int16
 188
 189     cio' :: Offset -> [Instruction] -> [OffIns]
 190     cio' _ [] = []
 191     -- TODO(bernhard): add more instruction with offset (IF_ACMP, JSR, ...)
 192     cio' (off,_) (x:xs) = case x of
 193         IF _ w16 -> twotargets w16
 194         IF_ICMP _ w16 -> twotargets w16
 195         IF_ACMP _ w16 -> twotargets w16
 196         IFNONNULL w16 -> twotargets w16
 197         IFNULL w16 -> twotargets w16
 198         GOTO w16 -> onetarget w16
 199         IRETURN -> notarget
 200         ARETURN -> notarget
 201         RETURN -> notarget
 202         _ -> ((off, Nothing), x):next
 203       where
 204         notarget = ((off, Just Return), x):next
 205         onetarget w16 = ((off, Just $ OneTarget (off `addW16Signed` w16)), x):next
 206         twotargets w16 = ((off, Just $ TwoTarget (off + 3) (off `addW16Signed` w16)), x):next
 207         next = cio' (newoffset x off) xs