Run DCE after a LoopFlatten test to reduce spurious output [nfc]
[llvm-project.git] / llvm / utils / TableGen / jupyter / tablegen_tutorial_part_1.md
blob288e597987a35e7a4322293702136b65ac9d300b
1 ## Introduction to TableGen Part 1: Classes, Defs, Basic Types and Let
3 **Note:** The content in this notebook is adapted from [this document](https://llvm.org/docs/TableGen/index.html). Refer to it if you want more details.
5 This tutorial will cover:
6 * Classes
7 * Defs
8 * Basic types
9 * `let` in various forms
10 * Class template arguments
12 ## What is TableGen?
14 TableGen is a language used in LLVM to automate the generation of certain types of code. Usually repetitive code that has a common structure. TableGen is used to generate "records" that are then processed by a "backend" into domain specific code.
16 The compiler for TableGen is the binary `llvm-tblgen`. This contains the logic to convert TableGen source into records that can then be passed to a TableGen backend.
18 TableGen allows you to define Classes and Defs (which are instances of classes) but it doesn't encode what to do with that structure. That's what the backend does. The backend converts this structure into something useful, for example C++ code.
20 These backends are included in the `llvm-tblgen` binary and you can choose which one to run using a command line option. If you don't choose a backend you get a dump of the structure, and that is what this notebook will be showing.
22 This tutorial will focus on the language itself only. The only thing you need to know now is that in addition to `llvm-tblgen` you will see other `*-tblgen` like `clang-tblgen`. The difference between them is the backends they include.
24 The default output from `llvm-tblgen` looks like this:
27 ```tablegen
28 %config cellreset on
30 // Empty source file
31 ```
33     ------------- Classes -----------------
34     ------------- Defs -----------------
37 **Note:** `%config` is not a TableGen command but a "magic" command to the Jupyter kernel for this notebook. By default new cells include the content of previously run cells, but for this notebook we mostly want each to be isolated. On occasion we will use the `%noreset` magic to override this.
39 No source means no classes and no defs. Let's add a class.
41 ## Classes
44 ```tablegen
45 class C {}
46 ```
48     ------------- Classes -----------------
49     class C {
50     }
51     ------------- Defs -----------------
54 Followed by a def (definition).
57 ```tablegen
58 %noreset
60 def X: C;
61 ```
63     ------------- Classes -----------------
64     class C {
65     }
66     ------------- Defs -----------------
67     def X {     // C
68     }
71 `def` creates an instance of a class. Typically, the main loop of a TableGen backend will look for all defs that are instances of a certain class.
73 For example if I am generating register information I would look for all defs that are instances of `RegisterInfo` in the example below.
76 ```tablegen
77 class RegisterInfo {}
78 def X0: RegisterInfo {}
79 def X1: RegisterInfo {}
80 ```
82     ------------- Classes -----------------
83     class RegisterInfo {
84     }
85     ------------- Defs -----------------
86     def X0 {    // RegisterInfo
87     }
88     def X1 {    // RegisterInfo
89     }
92 ## Inheritance
94 Like many other languages with classes, a class in TableGen can inherit properties of another class.
97 ```tablegen
98 class C {}
99 class D : C {}
102     ------------- Classes -----------------
103     class C {
104     }
105     class D {   // C
106     }
107     ------------- Defs -----------------
110 Inheritance is done by putting the class you want to inherit from after `:`, before the opening `{`.
112 You'll know that `D` inherits from `C` by the `// C` comment on the `class D {` line in the output.
114 Not very interesting though, what are we actually inheriting? The members of the parent class.
117 ```tablegen
118 class C {
119     int a;
121 class D : C {}
124     ------------- Classes -----------------
125     class C {
126       int a = ?;
127     }
128     class D {   // C
129       int a = ?;
130     }
131     ------------- Defs -----------------
134 Note that `D` now has the `a` member which was defined in the class `C`.
136 You can inherit from multiple classes. In that case the order that that happens in matches the order you write the class names after the `:`.
139 ```tablegen
140 class C {
141     int a = 1;
143 class D {
144     int a = 2;
146 class E : C, D {}
149     ------------- Classes -----------------
150     class C {
151       int a = 1;
152     }
153     class D {
154       int a = 2;
155     }
156     class E {   // C D
157       int a = 2;
158     }
159     ------------- Defs -----------------
162 Class `E` first inherits from class `C`. This gives `E` a member `a` with value `1`. Then it inherits from class `D` which also has a member `a` but with a value of `2`. Meaning the final value of `E`'s `a` is `2`.
164 When a member has the same name this is handled on a "last one in wins" basis. Assuming the types match.
167 ```tablegen
168 class C {
169     string a = "";
171 class D {
172     int a = 2;
174 class E : C, D {}
177     <stdin>:7:14: error: New definition of 'a' of type 'int' is incompatible with previous definition of type 'string'
178     class E : C, D {}
179                  ^
182 When they don't match, we get an error. Luckily for us, we're about to learn all about types.
184 ## Types
186 TableGen is statically typed with error checking to prevent you from assigning things with mismatched types.
189 ```tablegen
190 class C {
191     int a;
192     bit b = 0;
193     string s = "Hello";
197     ------------- Classes -----------------
198     class C {
199       int a = ?;
200       bit b = 0;
201       string s = "Hello";
202     }
203     ------------- Defs -----------------
206 Here we've created a class C with integer, bit (1 or 0) and string members. See [here](https://llvm.org/docs/TableGen/ProgRef.html#types) for a full list of types.
208 Note that you do not have to give a member a default value, it can be left uninitialised.
211 ```tablegen
212 %noreset
214 def X: C {}
217     ------------- Classes -----------------
218     class C {
219       int a = ?;
220       bit b = 0;
221       string s = "Hello";
222     }
223     ------------- Defs -----------------
224     def X {     // C
225       int a = ?;
226       bit b = 0;
227       string s = "Hello";
228     }
231 When you make an instance of a class using `def`, that instance gets all the members of the class. Their values will be as set in the class, unless otherwise overridden.
233 In the case of `a` it also keeps the undefined value. Any backend using that definition would have to check for that case.
236 ```tablegen
237 %noreset
239 def Y {
240     int a = "abc"
244     <stdin>:10:13: error: Field 'a' of type 'int' is incompatible with value '"abc"' of type 'string'
245         int a = "abc"
246                 ^
247     <stdin>:11:1: error: expected ';' after declaration
248     }
249     ^
252 Here we see the type checking in action. Member `a` has type `int` so we cannot assign a `string` to it.
254 ## Let
256 If we want to override those member values we can use `let` ([documented here](https://llvm.org/docs/TableGen/ProgRef.html#let-override-fields-in-classes-or-records)). This can be done in a couple of ways. The first is where you mark the scope of the `let` using `in {}`.
258 `let <name>=<value> in {`
260 The code below says that within the `{}` after the `let`, all `a` should have the value 5.
263 ```tablegen
264 class C {
265     int a = 9;
267 let a=5 in {
268     def X: C {}
272     ------------- Classes -----------------
273     class C {
274       int a = 9;
275     }
276     ------------- Defs -----------------
277     def X {     // C
278       int a = 5;
279     }
282 For multiple names, separate them with a comma.
285 ```tablegen
286 class C {
287     int a;
288     int b;
290 let a=5, b=6 in {
291     def X: C {}
295     ------------- Classes -----------------
296     class C {
297       int a = ?;
298       int b = ?;
299     }
300     ------------- Defs -----------------
301     def X {     // C
302       int a = 5;
303       int b = 6;
304     }
307 You can also use `let` within a `def`. This means the scope of the `let` is the same as the scope of the `def` (the def's `{...}`).
310 ```tablegen
311 class C {
312     int a = 9;
314 def X: C {
315     let a=5;
317 def Y: C {}
320     ------------- Classes -----------------
321     class C {
322       int a = 9;
323     }
324     ------------- Defs -----------------
325     def X {     // C
326       int a = 5;
327     }
328     def Y {     // C
329       int a = 9;
330     }
333 Note that `Y` has `a` as `9` because the `let` was only applied to `X`.
335 It is an error to try to `let` a name that hasn't been defined or to give it a value of the incorrect type.
338 ```tablegen
339 class C {
340     int a = 9;
342 def X: C {
343     let a="Hello";
347     <stdin>:5:9: error: Field 'a' of type 'int' is incompatible with value '"Hello"' of type 'string'
348         let a="Hello";
349             ^
352 Above, the member `a` was defined but with a type of `int`. We therefore cannot `let` it have a value of type `string`.
355 ```tablegen
356 class C {
357     int a = 9;
359 def X: C {
360     let b=5;
364     <stdin>:5:11: error: Value 'b' unknown!
365         let b=5;
366               ^
369 Above, class `C` only has one member, `a`. Therefore we get an error trying to override the value of `b` which doesn't exist.
371 If you have multiple let, the outer scope is applied first then on down to the narrowest scope.
374 ```tablegen
375 class Base {
376     int var=4;
378 let var=5 in {
379     def X: Base {}
380     let var=6 in {
381         def Y: Base {}
382     }
383     def Z: Base { let var=7; }
387     ------------- Classes -----------------
388     class Base {
389       int var = 4;
390     }
391     ------------- Defs -----------------
392     def X {     // Base
393       int var = 5;
394     }
395     def Y {     // Base
396       int var = 6;
397     }
398     def Z {     // Base
399       int var = 7;
400     }
403 The first `let` is at what we call the "top level". That means the outer most scope in terms of the source code. A bit like a global variable in a C file.
405 This is applied first and changes `var` from `4` to `5` for all classes within that `let` (`4` came from the definition of `Base`).
407 def `X` is within the global `let`, therefore `var` is `5` within `X`.
409 Then we have a `let` inside the global `let`. This one changes `var` from `5` to `6`. The scope of the `let` only contains the def `Y` therefore within `Y`, `var` is `6`.
411 Finally def `Z` is within the global `let`, so `var` starts as `5`. `Z` has an inner `let` that changes `var` to `7`.
413 That example is quite complex just to demonstrate the feature. Let's look at something more practical.
416 ```tablegen
417 class Register {
418     int size=4;
420 let size=8 in {
421     def X0: Register {}
422     // Repeats 30 times for X1...X31
424 def W0: Register {}
425 // Repeats 30 times for W1...W31
428     ------------- Classes -----------------
429     class Register {
430       int size = 4;
431     }
432     ------------- Defs -----------------
433     def W0 {    // Register
434       int size = 4;
435     }
436     def X0 {    // Register
437       int size = 8;
438     }
441 (for anyone curious that's AArch64's register naming)
443 The use case here is that we are describing registers. Some are 32 bits wide and some are 64 bits wide.
445 We start by setting a default value of `size` which is 4 (4x8=32 bits) in the class `Register`. Then using a top level `let` we override that value and set it to 8 for all the 64 bit registers at once. So we don't need to do `size=8` over and over again.
447 ## Classes As Class Members
449 In addition to the built in types, class members can be user defined classes.
452 ```tablegen
453 class Inner {}
454 class Outer {
455     Inner i;
459     ------------- Classes -----------------
460     class Inner {
461     }
462     class Outer {
463       Inner i = ?;
464     }
465     ------------- Defs -----------------
468 Of course that raises the question, how do we construct an instance of `Inner` to use as the value?
470 We simply use a `def` like we have done before.
473 ```tablegen
474 class Inner {}
475 def AnInner: Inner {}
476 class Outer {
477     Inner i = AnInner;
479 def AnOuter: Outer {}
482     ------------- Classes -----------------
483     class Inner {
484     }
485     class Outer {
486       Inner i = AnInner;
487     }
488     ------------- Defs -----------------
489     def AnInner {       // Inner
490     }
491     def AnOuter {       // Outer
492       Inner i = AnInner;
493     }
496 ## Class Template Arguments
498 Class template arguments are used to pass parameters to classes when you `def` them.
501 ```tablegen
502 class C <int a, int b> {
503     int c = a;
504     int d = b;
506 def X: C<0, 1> {}
509     ------------- Classes -----------------
510     class C<int C:a = ?, int C:b = ?> {
511       int c = C:a;
512       int d = C:b;
513     }
514     ------------- Defs -----------------
515     def X {     // C
516       int c = 0;
517       int d = 1;
518     }
521 This means that to `def` a `C` we must now provide 2 arguments that have type `int` (type checking applies here as it does elsewhere).
523 This is going to look familiar if you have written C++. In C++ it might look like:
525 template<int a, int b>
526 class C {
527     int c = a;
528     int d = b;
530 C<0, 1> X;
533 If templates aren't your thing, another way to think of them is as parameters to the constructor of a class. 
535 For instance Python code might look like this:
537 class C(object):
538     def __init__(self, a, b):
539         self.c = a
540         self.d = b
542 print(C(0, 1).c)
543 # prints "0"
547 ```tablegen
548 class C <int a, int b> {
549     int c = a;
550     int d = b;
552 def X: C<0> {}
555     <stdin>:5:8: error: value not specified for template argument 'C:b'
556     def X: C<0> {}
557            ^
558     <stdin>:1:21: note: declared in 'C'
559     class C <int a, int b> {
560                         ^
563 When not enough arguments are provided, you get an error.
565 Below is what happens when one of those arguments is of the wrong type.
568 ```tablegen
569 class C <int a, int b> {
570     int c = a;
571     int d = b;
573 def X: C<0, "hello"> {}
576     <stdin>:5:8: error: Value specified for template argument 'C:b' is of type string; expected type int: "hello"
577     def X: C<0, "hello"> {}
578            ^
581 You can also provide default values for template arguments.
584 ```tablegen
585 class C <int a=10> {
586     int b = a;
588 def X: C<> {}
591     ------------- Classes -----------------
592     class C<int C:a = 10> {
593       int b = C:a;
594     }
595     ------------- Defs -----------------
596     def X {     // C
597       int b = 10;
598     }
601 Using class template arguments you can enforce a structure on the user of the classes. In our previous register example I could use this to require the the user pass a value for the size.
603 The code below makes the size argument mandatory but the alias optional.
606 ```tablegen
607 class Register<int _size, string _alias=""> {
608     int size = _size;
609     string alias = _alias;
611 def X0: Register<8> {}
612 def X29: Register<8, "frame pointer"> {}
615     ------------- Classes -----------------
616     class Register<int Register:_size = ?, string Register:_alias = ""> {
617       int size = Register:_size;
618       string alias = Register:_alias;
619     }
620     ------------- Defs -----------------
621     def X0 {    // Register
622       int size = 8;
623       string alias = "";
624     }
625     def X29 {   // Register
626       int size = 8;
627       string alias = "frame pointer";
628     }
631 **Note:** You can't reuse the name between the template argument and the class member.
632 Here I have added `_` to the template argument but there's no required style.
634 For `X0` we don't pass an alias so we get the default of `""`, which would mean there is no alias.
636 For `X29` we've passed a value for the alias, which overrides the default value.
638 In C++, the equivalent would be:
640 // Constructor for class Register
641 Register(int size, const char* alias=nullptr) :
644 Or in Python:
646 def __init__(self, size, alias=""):