Put the #include for a module first.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / LiveInterval.cpp
1 //===-- LiveInterval.cpp - Live Interval Representation -------------------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements the LiveRange and LiveInterval classes.  Given some
11 // numbering of each the machine instructions an interval [i, j) is said to be a
12 // live interval for register v if there is no instruction with number j' > j
13 // such that v is live at j' abd there is no instruction with number i' < i such
14 // that v is live at i'. In this implementation intervals can have holes,
15 // i.e. an interval might look like [1,20), [50,65), [1000,1001).  Each
16 // individual range is represented as an instance of LiveRange, and the whole
17 // interval is represented as an instance of LiveInterval.
18 //
19 //===----------------------------------------------------------------------===//
20
21 #include "llvm/CodeGen/LiveInterval.h"
22 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
23 #include "llvm/Support/Streams.h"
24 #include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
25 #include <algorithm>
26 #include <iostream>
27 #include <map>
28 using namespace llvm;
29
30 // An example for liveAt():
31 //
32 // this = [1,4), liveAt(0) will return false. The instruction defining this
33 // spans slots [0,3]. The interval belongs to an spilled definition of the
34 // variable it represents. This is because slot 1 is used (def slot) and spans
35 // up to slot 3 (store slot).
36 //
37 bool LiveInterval::liveAt(unsigned I) const {
38   Ranges::const_iterator r = std::upper_bound(ranges.begin(), ranges.end(), I);
39
40   if (r == ranges.begin())
41     return false;
42
43   --r;
44   return r->contains(I);
45 }
46
47 // overlaps - Return true if the intersection of the two live intervals is
48 // not empty.
49 //
50 // An example for overlaps():
51 //
52 // 0: A = ...
53 // 4: B = ...
54 // 8: C = A + B ;; last use of A
55 //
56 // The live intervals should look like:
57 //
58 // A = [3, 11)
59 // B = [7, x)
60 // C = [11, y)
61 //
62 // A->overlaps(C) should return false since we want to be able to join
63 // A and C.
64 //
65 bool LiveInterval::overlapsFrom(const LiveInterval& other,
66                                 const_iterator StartPos) const {
67   const_iterator i = begin();
68   const_iterator ie = end();
69   const_iterator j = StartPos;
70   const_iterator je = other.end();
71
72   assert((StartPos->start <= i->start || StartPos == other.begin()) &&
73          StartPos != other.end() && "Bogus start position hint!");
74
75   if (i->start < j->start) {
76     i = std::upper_bound(i, ie, j->start);
77     if (i != ranges.begin()) --i;
78   } else if (j->start < i->start) {
79     ++StartPos;
80     if (StartPos != other.end() && StartPos->start <= i->start) {
81       assert(StartPos < other.end() && i < end());
82       j = std::upper_bound(j, je, i->start);
83       if (j != other.ranges.begin()) --j;
84     }
85   } else {
86     return true;
87   }
88
89   if (j == je) return false;
90
91   while (i != ie) {
92     if (i->start > j->start) {
93       std::swap(i, j);
94       std::swap(ie, je);
95     }
96
97     if (i->end > j->start)
98       return true;
99     ++i;
100   }
101
102   return false;
103 }
104
105 /// extendIntervalEndTo - This method is used when we want to extend the range
106 /// specified by I to end at the specified endpoint.  To do this, we should
107 /// merge and eliminate all ranges that this will overlap with.  The iterator is
108 /// not invalidated.
109 void LiveInterval::extendIntervalEndTo(Ranges::iterator I, unsigned NewEnd) {
110   assert(I != ranges.end() && "Not a valid interval!");
111   unsigned ValId = I->ValId;
112
113   // Search for the first interval that we can't merge with.
114   Ranges::iterator MergeTo = next(I);
115   for (; MergeTo != ranges.end() && NewEnd >= MergeTo->end; ++MergeTo) {
116     assert(MergeTo->ValId == ValId && "Cannot merge with differing values!");
117   }
118
119   // If NewEnd was in the middle of an interval, make sure to get its endpoint.
120   I->end = std::max(NewEnd, prior(MergeTo)->end);
121
122   // Erase any dead ranges.
123   ranges.erase(next(I), MergeTo);
124   
125   // If the newly formed range now touches the range after it and if they have
126   // the same value number, merge the two ranges into one range.
127   Ranges::iterator Next = next(I);
128   if (Next != ranges.end() && Next->start <= I->end && Next->ValId == ValId) {
129     I->end = Next->end;
130     ranges.erase(Next);
131   }
132 }
133
134
135 /// extendIntervalStartTo - This method is used when we want to extend the range
136 /// specified by I to start at the specified endpoint.  To do this, we should
137 /// merge and eliminate all ranges that this will overlap with.
138 LiveInterval::Ranges::iterator
139 LiveInterval::extendIntervalStartTo(Ranges::iterator I, unsigned NewStart) {
140   assert(I != ranges.end() && "Not a valid interval!");
141   unsigned ValId = I->ValId;
142
143   // Search for the first interval that we can't merge with.
144   Ranges::iterator MergeTo = I;
145   do {
146     if (MergeTo == ranges.begin()) {
147       I->start = NewStart;
148       ranges.erase(MergeTo, I);
149       return I;
150     }
151     assert(MergeTo->ValId == ValId && "Cannot merge with differing values!");
152     --MergeTo;
153   } while (NewStart <= MergeTo->start);
154
155   // If we start in the middle of another interval, just delete a range and
156   // extend that interval.
157   if (MergeTo->end >= NewStart && MergeTo->ValId == ValId) {
158     MergeTo->end = I->end;
159   } else {
160     // Otherwise, extend the interval right after.
161     ++MergeTo;
162     MergeTo->start = NewStart;
163     MergeTo->end = I->end;
164   }
165
166   ranges.erase(next(MergeTo), next(I));
167   return MergeTo;
168 }
169
170 LiveInterval::iterator
171 LiveInterval::addRangeFrom(LiveRange LR, iterator From) {
172   unsigned Start = LR.start, End = LR.end;
173   iterator it = std::upper_bound(From, ranges.end(), Start);
174
175   // If the inserted interval starts in the middle or right at the end of
176   // another interval, just extend that interval to contain the range of LR.
177   if (it != ranges.begin()) {
178     iterator B = prior(it);
179     if (LR.ValId == B->ValId) {
180       if (B->start <= Start && B->end >= Start) {
181         extendIntervalEndTo(B, End);
182         return B;
183       }
184     } else {
185       // Check to make sure that we are not overlapping two live ranges with
186       // different ValId's.
187       assert(B->end <= Start &&
188              "Cannot overlap two LiveRanges with differing ValID's"
189              " (did you def the same reg twice in a MachineInstr?)");
190     }
191   }
192
193   // Otherwise, if this range ends in the middle of, or right next to, another
194   // interval, merge it into that interval.
195   if (it != ranges.end())
196     if (LR.ValId == it->ValId) {
197       if (it->start <= End) {
198         it = extendIntervalStartTo(it, Start);
199
200         // If LR is a complete superset of an interval, we may need to grow its
201         // endpoint as well.
202         if (End > it->end)
203           extendIntervalEndTo(it, End);
204         return it;
205       }
206     } else {
207       // Check to make sure that we are not overlapping two live ranges with
208       // different ValId's.
209       assert(it->start >= End &&
210              "Cannot overlap two LiveRanges with differing ValID's");
211     }
212
213   // Otherwise, this is just a new range that doesn't interact with anything.
214   // Insert it.
215   return ranges.insert(it, LR);
216 }
217
218
219 /// removeRange - Remove the specified range from this interval.  Note that
220 /// the range must already be in this interval in its entirety.
221 void LiveInterval::removeRange(unsigned Start, unsigned End) {
222   // Find the LiveRange containing this span.
223   Ranges::iterator I = std::upper_bound(ranges.begin(), ranges.end(), Start);
224   assert(I != ranges.begin() && "Range is not in interval!");
225   --I;
226   assert(I->contains(Start) && I->contains(End-1) &&
227          "Range is not entirely in interval!");
228
229   // If the span we are removing is at the start of the LiveRange, adjust it.
230   if (I->start == Start) {
231     if (I->end == End)
232       ranges.erase(I);  // Removed the whole LiveRange.
233     else
234       I->start = End;
235     return;
236   }
237
238   // Otherwise if the span we are removing is at the end of the LiveRange,
239   // adjust the other way.
240   if (I->end == End) {
241     I->end = Start;
242     return;
243   }
244
245   // Otherwise, we are splitting the LiveRange into two pieces.
246   unsigned OldEnd = I->end;
247   I->end = Start;   // Trim the old interval.
248
249   // Insert the new one.
250   ranges.insert(next(I), LiveRange(End, OldEnd, I->ValId));
251 }
252
253 /// getLiveRangeContaining - Return the live range that contains the
254 /// specified index, or null if there is none.
255 LiveInterval::const_iterator 
256 LiveInterval::FindLiveRangeContaining(unsigned Idx) const {
257   const_iterator It = std::upper_bound(begin(), end(), Idx);
258   if (It != ranges.begin()) {
259     --It;
260     if (It->contains(Idx))
261       return It;
262   }
263
264   return end();
265 }
266
267 LiveInterval::iterator 
268 LiveInterval::FindLiveRangeContaining(unsigned Idx) {
269   iterator It = std::upper_bound(begin(), end(), Idx);
270   if (It != begin()) {
271     --It;
272     if (It->contains(Idx))
273       return It;
274   }
275   
276   return end();
277 }
278
279 /// join - Join two live intervals (this, and other) together.  This applies
280 /// mappings to the value numbers in the LHS/RHS intervals as specified.  If
281 /// the intervals are not joinable, this aborts.
282 void LiveInterval::join(LiveInterval &Other, int *LHSValNoAssignments,
283                         int *RHSValNoAssignments, 
284                         SmallVector<std::pair<unsigned, 
285                                            unsigned>, 16> &NewValueNumberInfo) {
286   
287   // Try to do the least amount of work possible.  In particular, if there are
288   // more liverange chunks in the other set than there are in the 'this' set,
289   // swap sets to merge the fewest chunks in possible.
290   //
291   // Also, if one range is a physreg and one is a vreg, we always merge from the
292   // vreg into the physreg, which leaves the vreg intervals pristine.
293   if ((Other.ranges.size() > ranges.size() &&
294       MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg)) ||
295       MRegisterInfo::isPhysicalRegister(Other.reg)) {
296     swap(Other);
297     std::swap(LHSValNoAssignments, RHSValNoAssignments);
298   }
299
300   // Determine if any of our live range values are mapped.  This is uncommon, so
301   // we want to avoid the interval scan if not.
302   bool MustMapCurValNos = false;
303   for (unsigned i = 0, e = getNumValNums(); i != e; ++i) {
304     if (ValueNumberInfo[i].first == ~2U) continue;  // tombstone value #
305     if (i != (unsigned)LHSValNoAssignments[i]) {
306       MustMapCurValNos = true;
307       break;
308     }
309   }
310   
311   // If we have to apply a mapping to our base interval assignment, rewrite it
312   // now.
313   if (MustMapCurValNos) {
314     // Map the first live range.
315     iterator OutIt = begin();
316     OutIt->ValId = LHSValNoAssignments[OutIt->ValId];
317     ++OutIt;
318     for (iterator I = OutIt, E = end(); I != E; ++I) {
319       OutIt->ValId = LHSValNoAssignments[I->ValId];
320       
321       // If this live range has the same value # as its immediate predecessor,
322       // and if they are neighbors, remove one LiveRange.  This happens when we
323       // have [0,3:0)[4,7:1) and map 0/1 onto the same value #.
324       if (OutIt->ValId == (OutIt-1)->ValId && (OutIt-1)->end == OutIt->start) {
325         (OutIt-1)->end = OutIt->end;
326       } else {
327         if (I != OutIt) {
328           OutIt->start = I->start;
329           OutIt->end = I->end;
330         }
331         
332         // Didn't merge, on to the next one.
333         ++OutIt;
334       }
335     }
336     
337     // If we merge some live ranges, chop off the end.
338     ranges.erase(OutIt, end());
339   }
340   
341   // Okay, now insert the RHS live ranges into the LHS.
342   iterator InsertPos = begin();
343   for (iterator I = Other.begin(), E = Other.end(); I != E; ++I) {
344     // Map the ValId in the other live range to the current live range.
345     I->ValId = RHSValNoAssignments[I->ValId];
346     InsertPos = addRangeFrom(*I, InsertPos);
347   }
348
349   ValueNumberInfo.clear();
350   ValueNumberInfo.append(NewValueNumberInfo.begin(), NewValueNumberInfo.end());
351   weight += Other.weight;
352 }
353
354 /// MergeRangesInAsValue - Merge all of the intervals in RHS into this live
355 /// interval as the specified value number.  The LiveRanges in RHS are
356 /// allowed to overlap with LiveRanges in the current interval, but only if
357 /// the overlapping LiveRanges have the specified value number.
358 void LiveInterval::MergeRangesInAsValue(const LiveInterval &RHS, 
359                                         unsigned LHSValNo) {
360   // TODO: Make this more efficient.
361   iterator InsertPos = begin();
362   for (const_iterator I = RHS.begin(), E = RHS.end(); I != E; ++I) {
363     // Map the ValId in the other live range to the current live range.
364     LiveRange Tmp = *I;
365     Tmp.ValId = LHSValNo;
366     InsertPos = addRangeFrom(Tmp, InsertPos);
367   }
368 }
369
370
371 /// MergeInClobberRanges - For any live ranges that are not defined in the
372 /// current interval, but are defined in the Clobbers interval, mark them
373 /// used with an unknown definition value.
374 void LiveInterval::MergeInClobberRanges(const LiveInterval &Clobbers) {
375   if (Clobbers.begin() == Clobbers.end()) return;
376   
377   // Find a value # to use for the clobber ranges.  If there is already a value#
378   // for unknown values, use it.
379   // FIXME: Use a single sentinal number for these!
380   unsigned ClobberValNo = getNextValue(~0U, 0);
381   
382   iterator IP = begin();
383   for (const_iterator I = Clobbers.begin(), E = Clobbers.end(); I != E; ++I) {
384     unsigned Start = I->start, End = I->end;
385     IP = std::upper_bound(IP, end(), Start);
386     
387     // If the start of this range overlaps with an existing liverange, trim it.
388     if (IP != begin() && IP[-1].end > Start) {
389       Start = IP[-1].end;
390       // Trimmed away the whole range?
391       if (Start >= End) continue;
392     }
393     // If the end of this range overlaps with an existing liverange, trim it.
394     if (IP != end() && End > IP->start) {
395       End = IP->start;
396       // If this trimmed away the whole range, ignore it.
397       if (Start == End) continue;
398     }
399     
400     // Insert the clobber interval.
401     IP = addRangeFrom(LiveRange(Start, End, ClobberValNo), IP);
402   }
403 }
404
405 /// MergeValueNumberInto - This method is called when two value nubmers
406 /// are found to be equivalent.  This eliminates V1, replacing all
407 /// LiveRanges with the V1 value number with the V2 value number.  This can
408 /// cause merging of V1/V2 values numbers and compaction of the value space.
409 void LiveInterval::MergeValueNumberInto(unsigned V1, unsigned V2) {
410   assert(V1 != V2 && "Identical value#'s are always equivalent!");
411
412   // This code actually merges the (numerically) larger value number into the
413   // smaller value number, which is likely to allow us to compactify the value
414   // space.  The only thing we have to be careful of is to preserve the
415   // instruction that defines the result value.
416
417   // Make sure V2 is smaller than V1.
418   if (V1 < V2) {
419     setValueNumberInfo(V1, getValNumInfo(V2));
420     std::swap(V1, V2);
421   }
422
423   // Merge V1 live ranges into V2.
424   for (iterator I = begin(); I != end(); ) {
425     iterator LR = I++;
426     if (LR->ValId != V1) continue;  // Not a V1 LiveRange.
427     
428     // Okay, we found a V1 live range.  If it had a previous, touching, V2 live
429     // range, extend it.
430     if (LR != begin()) {
431       iterator Prev = LR-1;
432       if (Prev->ValId == V2 && Prev->end == LR->start) {
433         Prev->end = LR->end;
434
435         // Erase this live-range.
436         ranges.erase(LR);
437         I = Prev+1;
438         LR = Prev;
439       }
440     }
441     
442     // Okay, now we have a V1 or V2 live range that is maximally merged forward.
443     // Ensure that it is a V2 live-range.
444     LR->ValId = V2;
445     
446     // If we can merge it into later V2 live ranges, do so now.  We ignore any
447     // following V1 live ranges, as they will be merged in subsequent iterations
448     // of the loop.
449     if (I != end()) {
450       if (I->start == LR->end && I->ValId == V2) {
451         LR->end = I->end;
452         ranges.erase(I);
453         I = LR+1;
454       }
455     }
456   }
457   
458   // Now that V1 is dead, remove it.  If it is the largest value number, just
459   // nuke it (and any other deleted values neighboring it), otherwise mark it as
460   // ~1U so it can be nuked later.
461   if (V1 == getNumValNums()-1) {
462     do {
463       ValueNumberInfo.pop_back();
464     } while (ValueNumberInfo.back().first == ~1U);
465   } else {
466     ValueNumberInfo[V1].first = ~1U;
467   }
468 }
469
470 std::ostream& llvm::operator<<(std::ostream& os, const LiveRange &LR) {
471   return os << '[' << LR.start << ',' << LR.end << ':' << LR.ValId << ")";
472 }
473
474 void LiveRange::dump() const {
475   llvm_cerr << *this << "\n";
476 }
477
478 void LiveInterval::print(llvm_ostream &OS, const MRegisterInfo *MRI) const {
479   if (MRI && MRegisterInfo::isPhysicalRegister(reg))
480     OS << MRI->getName(reg);
481   else
482     OS << "%reg" << reg;
483
484   OS << ',' << weight;
485
486   if (empty())
487     OS << "EMPTY";
488   else {
489     OS << " = ";
490     for (LiveInterval::Ranges::const_iterator I = ranges.begin(),
491            E = ranges.end(); I != E; ++I)
492     OS << *I;
493   }
494   
495   // Print value number info.
496   if (getNumValNums()) {
497     OS << "  ";
498     for (unsigned i = 0; i != getNumValNums(); ++i) {
499       if (i) OS << " ";
500       OS << i << "@";
501       if (ValueNumberInfo[i].first == ~0U) {
502         OS << "?";
503       } else {
504         OS << ValueNumberInfo[i].first;
505       }
506     }
507   }
508 }
509
510 void LiveInterval::dump() const {
511   llvm_cerr << *this << "\n";
512 }