basicblock: using arrows
[mate.git] / Mate / BasicBlocks.hs
index 1db07104cd34d63566f5cefcb2ab0214c13bcdb2..e81282022ceb9ba2b7f423bb54ea7934f0d5017e 100644 (file)
 {-# LANGUAGE OverloadedStrings #-}
-module Mate.BasicBlocks where
+module Mate.BasicBlocks(
+  BlockID,
+  BasicBlock,
+  BBEnd,
+  MapBB,
+  Method,
+  printMapBB,
+  parseMethod,
+  testCFG -- added by hs to perform benches from outside
+  )where
 
-import Data.Binary
-import System.Environment
+import Data.Binary hiding (get)
+import Data.Int
 import qualified Data.Map as M
 import qualified Data.ByteString.Lazy as B
+import Data.Maybe
+import Control.Monad.State
+import Control.Applicative
+import Control.Arrow
 
-import JVM.Common
 import JVM.ClassFile
 import JVM.Converter
-import JVM.Dump
 import JVM.Assembler
 
+import Mate.Types
+import Mate.Debug
 import Mate.Utilities
 
-type Name       = String -- use "virtual register id" instead?
-data Type       = JInt | JFloat -- add more
-type Variable   = (Type,Name)
+-- (offset in bytecode, offset to jump target, ins)
+type OffIns = (Int, Maybe BBEnd, Instruction)
 
--- Represents a CFG node
-data BasicBlock = BasicBlock {
-                     inputs  :: [Variable],
-                     outputs :: [Variable],
-                     code    :: [Instruction] }
+type Targets = [BlockID]
+type BBState = Targets
+type AnalyseState = State BBState [OffIns]
 
--- Represents a Control-Flow-Graph as
--- Adjacency list (add matrix representation if appropriate)
-type CFList     = [(BasicBlock, [BasicBlock])]
 
+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 ++ "\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."
 
-main = do
-  args <- getArgs
-  case args of
-    [clspath] -> parseFile clspath "fib" -- TODO
-    _ -> error "Synopsis: dump-class File.class"
+{-
+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
+  test_02
+  test_03
+  test_04
 
-parseFile :: String -> B.ByteString -> IO ()
-parseFile clspath method = do
-                     --clsFile <- decodeFile clspath
-                     --putStrLn $ showListIx $ M.assocs $ constsPool (clsFile :: Class Pointers)
-                     cls <- parseClassFile clspath
-                     --dumpClass cls    
-                     let mainmethod = lookupMethod method cls -- "main|([Ljava/lang/String;)V" cf
-                     mapM_ putStrLn (testCFG mainmethod)
+test_01, test_02, test_03, test_04 :: IO ()
+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"
+-}
 
-test_01 = parseFile "./tests/Fib.class" "fib"
-test_02 = parseFile "./tests/While.class" "f"
-test_03 = parseFile "./tests/While.class" "g"
 
+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)
 
-testCFG :: Maybe (Method Resolved) -> [String]
-testCFG (Just m) = case attrByName m "Code" of
-                     Nothing       -> error "no code"
-                     Just bytecode -> let code = decodeMethod bytecode
-                                          instructions = codeInstructions code
-                                      in buildCFG instructions
-testCFG _        = error "no method to build cfg"
+  let msig = methodSignature method
+  printfBb $ printf "BB: analysing \"%s\"\n" $ toString (methodname `B.append` ": " `B.append` encode msig)
+  printMapBB mapbb
+  -- small example how to get information about
+  -- exceptions of a method
+  -- TODO: remove ;-)
+  let (Just m) = lookupMethodSig methodname sig cls
+  case attrByName m "Code" of
+    Nothing ->
+      printfBb $ printf "exception: no handler for this method\n"
+    Just exceptionstream ->
+      printfBb $ printf "exception: \"%s\"\n" (show $ codeExceptions $ decodeMethod exceptionstream)
+  return $ RawMethod mapbb locals stacks argscount codelen
 
 
-buildCFG :: [Instruction] -> [String]
-buildCFG xs = map show xs
+testCFG :: Code -> MapBB
+testCFG = buildCFG . codeInstructions
+
+buildCFG :: [Instruction] -> MapBB
+buildCFG xs = buildCFG' M.empty xs' xs'
+  where
+  xs' :: [OffIns]
+  xs' = evalState (calculateInstructionOffset xs >>= markBackwardTargets) []
+
+-- 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] -> AnalyseState
+markBackwardTargets [] = return []
+markBackwardTargets (x:[]) = return [x]
+markBackwardTargets (x@(x_off,x_bbend,x_ins):y@(y_off,_,_):xs) = do
+  rest <- markBackwardTargets (y:xs)
+  targets <- get
+  let isTarget = y_off `elem` targets
+      x_new = case x_bbend of
+        Just _ -> x -- already marked, don't change
+        Nothing -> if isTarget then checkX y_off else x
+      checkX w16 = case x_bbend of
+        Nothing -> (x_off, Just $ FallThrough w16, x_ins) -- mark previous insn
+        _ -> error "basicblock: something is wrong"
+  return $ x_new:rest
+
+
+
+buildCFG' :: MapBB -> [OffIns] -> [OffIns] -> MapBB
+buildCFG' hmap [] _ = hmap
+buildCFG' hmap ((off, entry, _):xs) insns = buildCFG' (insertlist entryi hmap) xs insns
+  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 -> []
+
+
+parseBasicBlock :: Int -> [OffIns] -> BasicBlock
+parseBasicBlock i insns = BasicBlock insonly endblock
+  where
+    (lastblock, is) = takeWhilePlusOne validins omitins insns
+    (_, _, insonly) = unzip3 is
+    (_, Just endblock, _) = 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
+
+    validins :: OffIns -> Bool
+    validins (_, x, _) = isNothing x
+
+    omitins :: OffIns -> Bool
+    omitins (off, _, _) = off < i
+
+
+calculateInstructionOffset :: [Instruction] -> AnalyseState
+calculateInstructionOffset = cio' (0, Nothing, NOP)
+  where
+    addW16Signed :: Int -> Word16 -> Int
+    addW16Signed i w16 = i + fromIntegral s16
+      where s16 = fromIntegral w16 :: Int16
+
+    cio' :: OffIns -> [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
+        IRETURN -> notarget
+        ARETURN -> notarget
+        RETURN -> notarget
+        _ -> ((off, Nothing, x):) <$> next
+      where
+        notarget = ((off, Just Return, x):) <$> next
+        onetarget w16 = do
+          let jump = off `addW16Signed` w16
+          modify (jump:)
+          ((off, Just $ OneTarget jump, x):) <$> next
+        twotargets w16 = do
+          let nojump = off + 3
+          modify (nojump:)
+          let jump = off `addW16Signed` w16
+          modify (jump:)
+          ((off, Just $ TwoTarget nojump jump, x):) <$> next
+        next = cio' newoffset xs
+        newoffset = (off + insnLength x, Nothing, NOP)
+
+-- 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 . (:[])