codegen: handle exceptions of a method
[mate.git] / Mate / BasicBlocks.hs
index b52f22d2c4a9e4b5f246f408572784613d67cf4e..2f96a40fe66ee6ce5b86b644141b3e3cf269b964 100644 (file)
@@ -1,24 +1,24 @@
-{-# LANGUAGE CPP #-}
 {-# LANGUAGE OverloadedStrings #-}
-#include "debug.h"
 module Mate.BasicBlocks(
   BlockID,
-  BasicBlock (..),
-  BBEnd (..),
+  BasicBlock,
+  BBEnd,
   MapBB,
-#ifdef DBG_BB
+  Method,
   printMapBB,
-  test_main,
-#endif
   parseMethod,
   testCFG -- added by hs to perform benches from outside
   )where
 
-import Data.Binary
+import Data.Binary hiding (get)
 import Data.Int
-import Data.List
 import qualified Data.Map as M
+import qualified Data.Set as S
 import qualified Data.ByteString.Lazy as B
+import Data.Maybe
+import Control.Monad.State
+import Control.Applicative
+import Control.Arrow
 
 import JVM.ClassFile
 import JVM.Converter
@@ -26,50 +26,51 @@ import JVM.Assembler
 
 import Mate.Types
 import Mate.Debug
+import Mate.Utilities
 
-#ifdef DEBUG
-import Text.Printf
-#endif
+-- (offset in bytecode, offset to jump target, ins)
+type OffIns = (Int, Maybe BBEnd, Instruction)
 
--- for immediate representation to determine BBs
-type Offset = (Int, Maybe BBEnd) -- (offset in bytecode, offset to jump target)
-type OffIns = (Offset, Instruction)
+type Target = BlockID
+type BBState = S.Set Target
+type AnalyseState = State BBState [OffIns]
 
 
-#ifdef DBG_BB
-printMapBB :: Maybe MapBB -> IO ()
-printMapBB Nothing = putStrLn "No BasicBlock"
-printMapBB (Just hmap) = do
-                     putStr "BlockIDs: "
-                     let keys = fst $ unzip $ M.toList hmap
-                     mapM_ (putStr . (flip (++)) ", " . show) keys
-                     putStrLn "\n\nBasicBlocks:"
-                     printMapBB' keys hmap
-  where
-  printMapBB' :: [BlockID] -> MapBB -> IO ()
-  printMapBB' [] _ = return ()
-  printMapBB' (i:is) hmap' = case M.lookup i hmap' of
-                  Just bb -> do
-                             putStrLn $ "Block " ++ (show i)
-                             mapM_ putStrLn (map ((++) "\t" . show) $ code bb)
-                             case successor bb of
-                               Return -> putStrLn ""
-                               FallThrough t1 -> putStrLn $ "Sucessor: " ++ (show t1) ++ "\n"
-                               OneTarget t1 -> putStrLn $ "Sucessor: " ++ (show t1) ++ "\n"
-                               TwoTarget t1 t2 -> putStrLn $ "Sucessor: " ++ (show t1) ++ ", " ++ (show t2) ++ "\n"
-                             printMapBB' is hmap
-                  Nothing -> error $ "BlockID " ++ show i ++ " not found."
-#endif
-
-#ifdef DBG_BB
-testInstance :: String -> B.ByteString -> IO ()
-testInstance cf method = do
-                      cls <- parseClassFile cf
-                      hmap <- parseMethod cls method
-                      printMapBB hmap
-#endif
-
-#ifdef DBG_BB
+emptyBasicBlock :: BasicBlock
+emptyBasicBlock = BasicBlock
+                    { code = []
+                    , bblength = 0
+                    , successor = Return }
+
+printMapBB :: MapBB -> IO ()
+printMapBB hmap = do
+  printfBb "BlockIDs: "
+  let keys = M.keys hmap
+  mapM_ (printfBb . flip (++) ", " . show) keys
+  printfBb "\n\nBasicBlocks:\n"
+  printMapBB' keys hmap
+    where
+      printMapBB' :: [BlockID] -> MapBB -> IO ()
+      printMapBB' [] _ = return ()
+      printMapBB' (i:is) hmap' = case M.lookup i hmap' of
+        Just bb -> do
+          printfBb $ "Block " ++ show i ++ ". len: " ++ (show $ bblength bb) ++ "\n"
+          mapM_ (printfBb . flip (++) "\n" . (++) "\t" . show) $ code bb
+          printfBb $ case successor bb of
+            Return -> ""
+            FallThrough t1 -> "Sucessor: " ++ show t1 ++ "\n"
+            OneTarget t1 -> "Sucessor: " ++ show t1 ++ "\n"
+            TwoTarget t1 t2 -> "Sucessor: " ++ show t1 ++ ", " ++ show t2 ++ "\n"
+          printMapBB' is hmap
+        Nothing -> error $ "BlockID " ++ show i ++ " not found."
+
+{-
+testInstance :: String -> B.ByteString -> MethodSignature -> IO ()
+testInstance cf method sig = do
+  cls <- parseClassFile cf
+  hmap <- parseMethod cls method sig
+  printMapBB hmap
+
 test_main :: IO ()
 test_main = do
   test_01
@@ -82,124 +83,139 @@ test_01 = testInstance "./tests/Fib.class" "fib"
 test_02 = testInstance "./tests/While.class" "f"
 test_03 = testInstance "./tests/While.class" "g"
 test_04 = testInstance "./tests/Fac.class" "fac"
-#endif
-
-
-parseMethod :: Class Direct -> B.ByteString -> IO (Maybe MapBB)
-parseMethod cls method = do
-                     let maybe_bb = testCFG $ lookupMethod method cls
-                     let msig = methodSignature $ classMethods cls !! 1
-                     printfBb "BB: analysing \"%s\"\n" $ toString (method `B.append` ": " `B.append` encode msig)
-#ifdef DBG_BB
-                     printMapBB maybe_bb
-#endif
-                     -- small example how to get information about
-                     -- exceptions of a method
-                     -- TODO: remove ;-)
-                     let (Just m) = lookupMethod method cls
-                     case attrByName m "Code" of
-                      Nothing -> printfBb "exception: no handler for this method\n"
-                      Just exceptionstream -> printfBb "exception: \"%s\"\n" (show $ codeExceptions $ decodeMethod exceptionstream)
-                     return maybe_bb
-
-
-testCFG :: Maybe (Method Direct) -> Maybe MapBB
-testCFG (Just m) = case attrByName m "Code" of
-       Nothing -> Nothing
-       Just bytecode -> Just $ buildCFG $ codeInstructions $ decodeMethod bytecode
-testCFG _ = Nothing
-
-
-buildCFG :: [Instruction] -> MapBB
-buildCFG xs = buildCFG' M.empty xs' xs'
-  where
-  xs' :: [OffIns]
-  xs' = markBackwardTargets $ calculateInstructionOffset xs
-
--- get already calculated jmp-targets and mark the predecessor of the
--- target-instruction as "FallThrough". we just care about backwards
--- jumps here (forward jumps are handled in buildCFG')
-markBackwardTargets :: [OffIns] -> [OffIns]
-markBackwardTargets [] = []
-markBackwardTargets (x:[]) = [x]
-markBackwardTargets insns@(x@((x_off,x_bbend),x_ins):y@((y_off,_),_):xs) =
-  x_new:markBackwardTargets (y:xs)
-  where
-  x_new = if isTarget then checkX y_off else x
-  checkX w16 = case x_bbend of
-    Just _ -> x -- already marked, don't change
-    Nothing -> ((x_off, Just $ FallThrough w16), x_ins) -- mark previous insn
-
-  -- look through all remaining insns in the stream if there is a jmp to `y'
-  isTarget = case find cmpOffset insns of Just _ -> True; Nothing -> False
-  cmpOffset ((_,Just (OneTarget w16)),_) = w16 == y_off
-  cmpOffset ((_,Just (TwoTarget _ w16)),_) = w16 == y_off
-  cmpOffset _ = False
-
-
-buildCFG' :: MapBB -> [OffIns] -> [OffIns] -> MapBB
-buildCFG' hmap [] _ = hmap
-buildCFG' hmap (((off, entry), _):xs) insns = buildCFG' (insertlist entryi hmap) xs insns
+-}
+
+
+parseMethod :: Class Direct -> B.ByteString -> MethodSignature -> IO RawMethod
+parseMethod cls methodname sig = do
+  let method = fromMaybe
+               (error $ "method " ++ (show . toString) methodname ++ " not found")
+               (lookupMethodSig methodname sig cls)
+  let codeseg = fromMaybe
+                (error $ "codeseg " ++ (show . toString) methodname ++ " not found")
+                (attrByName method "Code")
+  let decoded = decodeMethod codeseg
+  let mapbb = testCFG decoded
+  let locals = fromIntegral (codeMaxLocals decoded)
+  let stacks = fromIntegral (codeStackSize decoded)
+  let codelen = fromIntegral (codeLength decoded)
+  let methoddirect = methodInfoToMethod (MethodInfo methodname "" sig) cls
+  let isStatic = methodIsStatic methoddirect
+  let nametype = methodNameType methoddirect
+  let argscount = methodGetArgsCount nametype + (if isStatic then 0 else 1)
+
+  let exceptionMap :: ExceptionMap
+      exceptionMap = foldl f M.empty $ codeExceptions decoded
+        where
+          f emap ce =
+            if M.member key emap
+              then M.adjust (value:) key emap
+              else M.insert key [value] emap
+              where
+                key = (&&&) eStartPC eEndPC ce
+                value = (&&&) g eHandlerPC ce
+                  where
+                    g ce' = case eCatchType ce' of
+                        0 -> B.empty
+                        x -> buildClassID cls x
+
+  let msig = methodSignature method
+  printfBb $ printf "BB: analysing \"%s\"\n" $ toString (methodname `B.append` ": " `B.append` encode msig)
+  printMapBB mapbb
+  return $ RawMethod mapbb exceptionMap locals stacks argscount codelen
+
+
+testCFG :: Code -> MapBB
+testCFG c = buildCFG (codeInstructions c) (codeExceptions c)
   where
-  insertlist :: [BlockID] -> MapBB -> MapBB
-  insertlist [] hmap' = hmap'
-  insertlist (y:ys) hmap' = insertlist ys newhmap
-    where
-    newhmap = if M.member y hmap' then hmap' else M.insert y value hmap'
-    value = parseBasicBlock y insns
-
-  entryi :: [BlockID]
-  entryi = if off == 0 then 0:ys else ys -- also consider the entrypoint
-    where ys = case entry of
-              Just (TwoTarget t1 t2) -> [t1, t2]
-              Just (OneTarget t) -> [t]
-              Just (FallThrough t) -> [t]
-              Just Return -> []
-              Nothing -> []
-
+    buildCFG :: [Instruction] -> [CodeException] -> MapBB
+    buildCFG xs excps = execState (mapM buildCFG' $ alltargets ++ handlerEntries) M.empty
+      where
+      (offins, targets) = runState (calculateInstructionOffset tryBlocks xs) S.empty
+      alltargets = S.toList $ S.insert 0 targets
+      tryBlocks = map (fromIntegral . eStartPC) excps
+      handlerEntries = map (fromIntegral . eHandlerPC) excps
+
+      buildCFG' :: Int -> State MapBB ()
+      buildCFG' off = do
+        let value = parseBasicBlock off offins
+        modify (M.insert off value)
 
 parseBasicBlock :: Int -> [OffIns] -> BasicBlock
-parseBasicBlock i insns = BasicBlock insonly endblock
+parseBasicBlock i insns = emptyBasicBlock
+          { code = zip offsets insonly
+          , bblength = lastoff - i + (insnLength lastins)
+          , successor = endblock }
   where
-  startlist = dropWhile (\((x,_),_) -> x < i) insns
-  (Just ((_, Just endblock),_), is) = takeWhilePlusOne validins startlist
-  insonly = snd $ unzip is
+    (lastblock, is) = takeWhilePlusOne validins omitins insns
+    (offsets, _, insonly) = unzip3 is
+    (lastoff, Just endblock, lastins) = fromJust lastblock
+
+    -- also take last (non-matched) element and return it
+    takeWhilePlusOne :: (a -> Bool) -> (a -> Bool) -> [a] -> (Maybe a, [a])
+    takeWhilePlusOne _ _ [] = (Nothing, [])
+    takeWhilePlusOne p omit (x:xs)
+      | omit x    = next
+      | p x       = second (x:) next
+      | otherwise = (Just x, [x])
+      where
+        next = takeWhilePlusOne p omit xs
 
-  -- also take last (non-matched) element and return it
-  takeWhilePlusOne :: (a -> Bool) -> [a] -> (Maybe a,[a])
-  takeWhilePlusOne _ [] = (Nothing,[])
-  takeWhilePlusOne p (x:xs)
-    | p x       =  let (lastins, list) = takeWhilePlusOne p xs in (lastins, x:list)
-    | otherwise =  (Just x,[x])
+    validins :: OffIns -> Bool
+    validins (_, x, _) = isNothing x
 
-  validins :: ((Int, Maybe BBEnd), Instruction) -> Bool
-  validins ((_,x),_) = case x of Just _ -> False; Nothing -> True
+    omitins :: OffIns -> Bool
+    omitins (off, _, _) = off < i
 
 
-calculateInstructionOffset :: [Instruction] -> [OffIns]
-calculateInstructionOffset = cio' (0, Nothing)
+calculateInstructionOffset :: [BlockID] -> [Instruction] -> AnalyseState
+calculateInstructionOffset exstarts = cio' 0
   where
-  newoffset :: Instruction -> Int -> Offset
-  newoffset x off = (off + fromIntegral (B.length $ encodeInstructions [x]), Nothing)
-
-  addW16Signed :: Int -> Word16 -> Int
-  addW16Signed i w16 = i + fromIntegral s16
-    where s16 = fromIntegral w16 :: Int16
-
-  cio' :: Offset -> [Instruction] -> [OffIns]
-  cio' _ [] = []
-  -- TODO(bernhard): add more instruction with offset (IF_ACMP, JSR, ...)
-  cio' (off,_) (x:xs) = case x of
-      IF _ w16 -> twotargets w16
-      IF_ICMP _ w16 -> twotargets w16
-      IF_ACMP _ w16 -> twotargets w16
-      GOTO w16 -> onetarget w16
-      IRETURN -> notarget
-      ARETURN -> notarget
-      RETURN -> notarget
-      _ -> ((off, Nothing), x):next
-    where
-    notarget = ((off, Just Return), x):next
-    onetarget w16 = ((off, Just $ OneTarget (off `addW16Signed` w16)), x):next
-    twotargets w16 = ((off, Just $ TwoTarget (off + 3) (off `addW16Signed` w16)), x):next
-    next = cio' (newoffset x off) xs
+    addW16Signed i w16 = i + fromIntegral s16
+      where s16 = fromIntegral w16 :: Int16
+
+    cio' :: Int -> [Instruction] -> AnalyseState
+    cio' _ [] = return $ []
+    cio' off (x:xs) = case x of
+        IF _ w16 -> twotargets w16
+        IF_ICMP _ w16 -> twotargets w16
+        IF_ACMP _ w16 -> twotargets w16
+        IFNONNULL w16 -> twotargets w16
+        IFNULL w16 -> twotargets w16
+        GOTO w16 -> onetarget w16
+        ATHROW -> notarget
+        IRETURN -> notarget
+        ARETURN -> notarget
+        RETURN -> notarget
+        _ -> if newoffset `elem` exstarts
+              then do
+                modify (S.insert newoffset)
+                ((off, Just $ OneTarget newoffset, x):) <$> next
+              else normalins
+      where
+        normalins = do
+          tailinsns <- next -- eval remaining instructions
+          isNextInsATarget <- (S.member newoffset) <$> get
+          let bbtyp = if isNextInsATarget
+                then Just $ FallThrough newoffset
+                else Nothing
+          return $ (off, bbtyp, x):tailinsns
+        notarget = ((off, Just Return, x):) <$> next
+        onetarget w16 = do
+          let jump = off `addW16Signed` w16
+          modify (S.insert jump)
+          ((off, Just $ OneTarget jump, x):) <$> next
+        twotargets w16 = do
+          let nojump = off + 3
+          modify (S.insert nojump)
+          let jump = off `addW16Signed` w16
+          modify (S.insert jump)
+          ((off, Just $ TwoTarget nojump jump, x):) <$> next
+        next = cio' newoffset xs
+        newoffset = off + insLen
+        insLen = insnLength x
+
+-- TODO(bernhard): does GHC memomize results? i.e. does it calculate the size
+--                 of `NOP' only once?
+insnLength :: Num a => Instruction -> a
+insnLength = fromIntegral . B.length . encodeInstructions . (:[])