Mate/BasicBlocks.hs

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