lib/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.cpp

   1 //===-- LiveIntervalAnalysis.cpp - Live Interval Analysis -----------------===//
   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 LiveInterval analysis pass which is used
  11 // by the Linear Scan Register allocator. This pass linearizes the
  12 // basic blocks of the function in DFS order and uses the
  13 // LiveVariables pass to conservatively compute live intervals for
  14 // each virtual and physical register.
  15 //
  16 //===----------------------------------------------------------------------===//
  17
  18 #define DEBUG_TYPE "liveintervals"
  19 #include "LiveIntervalAnalysis.h"
  20 #include "VirtRegMap.h"
  21 #include "llvm/Value.h"
  22 #include "llvm/Analysis/LoopInfo.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  27 #include "llvm/CodeGen/SSARegMap.h"
  28 #include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
  29 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  30 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  31 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  32 #include "llvm/Support/Debug.h"
  33 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  34 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  35 #include <algorithm>
  36 #include <cmath>
  37 using namespace llvm;
  38
  39 namespace {
  40   RegisterAnalysis<LiveIntervals> X("liveintervals", "Live Interval Analysis");
  41
  42   Statistic<> numIntervals
  43   ("liveintervals", "Number of original intervals");
  44
  45   Statistic<> numIntervalsAfter
  46   ("liveintervals", "Number of intervals after coalescing");
  47
  48   Statistic<> numJoins
  49   ("liveintervals", "Number of interval joins performed");
  50
  51   Statistic<> numPeep
  52   ("liveintervals", "Number of identity moves eliminated after coalescing");
  53
  54   Statistic<> numFolded
  55   ("liveintervals", "Number of loads/stores folded into instructions");
  56
  57   cl::opt<bool>
  58   EnableJoining("join-liveintervals",
  59                 cl::desc("Join compatible live intervals"),
  60                 cl::init(true));
  61 };
  62
  63 void LiveIntervals::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const
  64 {
  65   AU.addRequired<LiveVariables>();
  66   AU.addPreservedID(PHIEliminationID);
  67   AU.addRequiredID(PHIEliminationID);
  68   AU.addRequiredID(TwoAddressInstructionPassID);
  69   AU.addRequired<LoopInfo>();
  70   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  71 }
  72
  73 void LiveIntervals::releaseMemory()
  74 {
  75   mi2iMap_.clear();
  76   i2miMap_.clear();
  77   r2iMap_.clear();
  78   r2rMap_.clear();
  79 }
  80
  81
  82 /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
  83 ///
  84 bool LiveIntervals::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
  85   mf_ = &fn;
  86   tm_ = &fn.getTarget();
  87   mri_ = tm_->getRegisterInfo();
  88   tii_ = tm_->getInstrInfo();
  89   lv_ = &getAnalysis<LiveVariables>();
  90   allocatableRegs_ = mri_->getAllocatableSet(fn);
  91   r2rMap_.grow(mf_->getSSARegMap()->getLastVirtReg());
  92
  93   // If this function has any live ins, insert a dummy instruction at the
  94   // beginning of the function that we will pretend "defines" the values.  This
  95   // is to make the interval analysis simpler by providing a number.
  96   if (fn.livein_begin() != fn.livein_end()) {
  97     unsigned FirstLiveIn = fn.livein_begin()->first;
  98
  99     // Find a reg class that contains this live in.
 100     const TargetRegisterClass *RC = 0;
 101     for (MRegisterInfo::regclass_iterator RCI = mri_->regclass_begin(),
 102            E = mri_->regclass_end(); RCI != E; ++RCI)
 103       if ((*RCI)->contains(FirstLiveIn)) {
 104         RC = *RCI;
 105         break;
 106       }
 107
 108     MachineInstr *OldFirstMI = fn.begin()->begin();
 109     mri_->copyRegToReg(*fn.begin(), fn.begin()->begin(),
 110                        FirstLiveIn, FirstLiveIn, RC);
 111     assert(OldFirstMI != fn.begin()->begin() &&
 112            "copyRetToReg didn't insert anything!");
 113   }
 114
 115   // number MachineInstrs
 116   unsigned miIndex = 0;
 117   for (MachineFunction::iterator mbb = mf_->begin(), mbbEnd = mf_->end();
 118        mbb != mbbEnd; ++mbb)
 119     for (MachineBasicBlock::iterator mi = mbb->begin(), miEnd = mbb->end();
 120          mi != miEnd; ++mi) {
 121       bool inserted = mi2iMap_.insert(std::make_pair(mi, miIndex)).second;
 122       assert(inserted && "multiple MachineInstr -> index mappings");
 123       i2miMap_.push_back(mi);
 124       miIndex += InstrSlots::NUM;
 125     }
 126
 127   // Note intervals due to live-in values.
 128   if (fn.livein_begin() != fn.livein_end()) {
 129     MachineBasicBlock *Entry = fn.begin();
 130     for (MachineFunction::livein_iterator I = fn.livein_begin(),
 131            E = fn.livein_end(); I != E; ++I) {
 132       handlePhysicalRegisterDef(Entry, Entry->begin(),
 133                                 getOrCreateInterval(I->first), 0, 0, true);
 134       for (const unsigned* AS = mri_->getAliasSet(I->first); *AS; ++AS)
 135         handlePhysicalRegisterDef(Entry, Entry->begin(),
 136                                   getOrCreateInterval(*AS), 0, 0, true);
 137     }
 138   }
 139
 140   computeIntervals();
 141
 142   numIntervals += getNumIntervals();
 143
 144   DEBUG(std::cerr << "********** INTERVALS **********\n";
 145         for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
 146           I->second.print(std::cerr, mri_);
 147           std::cerr << "\n";
 148         });
 149
 150   // join intervals if requested
 151   if (EnableJoining) joinIntervals();
 152
 153   numIntervalsAfter += getNumIntervals();
 154
 155   // perform a final pass over the instructions and compute spill
 156   // weights, coalesce virtual registers and remove identity moves
 157   const LoopInfo& loopInfo = getAnalysis<LoopInfo>();
 158
 159   for (MachineFunction::iterator mbbi = mf_->begin(), mbbe = mf_->end();
 160        mbbi != mbbe; ++mbbi) {
 161     MachineBasicBlock* mbb = mbbi;
 162     unsigned loopDepth = loopInfo.getLoopDepth(mbb->getBasicBlock());
 163
 164     for (MachineBasicBlock::iterator mii = mbb->begin(), mie = mbb->end();
 165          mii != mie; ) {
 166       // if the move will be an identity move delete it
 167       unsigned srcReg, dstReg, RegRep;
 168       if (tii_->isMoveInstr(*mii, srcReg, dstReg) &&
 169           (RegRep = rep(srcReg)) == rep(dstReg)) {
 170         // remove from def list
 171         LiveInterval &interval = getOrCreateInterval(RegRep);
 172         // remove index -> MachineInstr and
 173         // MachineInstr -> index mappings
 174         Mi2IndexMap::iterator mi2i = mi2iMap_.find(mii);
 175         if (mi2i != mi2iMap_.end()) {
 176           i2miMap_[mi2i->second/InstrSlots::NUM] = 0;
 177           mi2iMap_.erase(mi2i);
 178         }
 179         mii = mbbi->erase(mii);
 180         ++numPeep;
 181       }
 182       else {
 183         for (unsigned i = 0; i < mii->getNumOperands(); ++i) {
 184           const MachineOperand& mop = mii->getOperand(i);
 185           if (mop.isRegister() && mop.getReg() &&
 186               MRegisterInfo::isVirtualRegister(mop.getReg())) {
 187             // replace register with representative register
 188             unsigned reg = rep(mop.getReg());
 189             mii->SetMachineOperandReg(i, reg);
 190
 191             LiveInterval &RegInt = getInterval(reg);
 192             RegInt.weight +=
 193               (mop.isUse() + mop.isDef()) * pow(10.0F, (int)loopDepth);
 194           }
 195         }
 196         ++mii;
 197       }
 198     }
 199   }
 200
 201   DEBUG(dump());
 202   return true;
 203 }
 204
 205 /// print - Implement the dump method.
 206 void LiveIntervals::print(std::ostream &O, const Module* ) const {
 207   O << "********** INTERVALS **********\n";
 208   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
 209     I->second.print(std::cerr, mri_);
 210     std::cerr << "\n";
 211   }
 212
 213   O << "********** MACHINEINSTRS **********\n";
 214   for (MachineFunction::iterator mbbi = mf_->begin(), mbbe = mf_->end();
 215        mbbi != mbbe; ++mbbi) {
 216     O << ((Value*)mbbi->getBasicBlock())->getName() << ":\n";
 217     for (MachineBasicBlock::iterator mii = mbbi->begin(),
 218            mie = mbbi->end(); mii != mie; ++mii) {
 219       O << getInstructionIndex(mii) << '\t' << *mii;
 220     }
 221   }
 222 }
 223
 224 std::vector<LiveInterval*> LiveIntervals::
 225 addIntervalsForSpills(const LiveInterval &li, VirtRegMap &vrm, int slot) {
 226   // since this is called after the analysis is done we don't know if
 227   // LiveVariables is available
 228   lv_ = getAnalysisToUpdate<LiveVariables>();
 229
 230   std::vector<LiveInterval*> added;
 231
 232   assert(li.weight != HUGE_VAL &&
 233          "attempt to spill already spilled interval!");
 234
 235   DEBUG(std::cerr << "\t\t\t\tadding intervals for spills for interval: "
 236         << li << '\n');
 237
 238   const TargetRegisterClass* rc = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(li.reg);
 239
 240   for (LiveInterval::Ranges::const_iterator
 241          i = li.ranges.begin(), e = li.ranges.end(); i != e; ++i) {
 242     unsigned index = getBaseIndex(i->start);
 243     unsigned end = getBaseIndex(i->end-1) + InstrSlots::NUM;
 244     for (; index != end; index += InstrSlots::NUM) {
 245       // skip deleted instructions
 246       while (index != end && !getInstructionFromIndex(index))
 247         index += InstrSlots::NUM;
 248       if (index == end) break;
 249
 250       MachineBasicBlock::iterator mi = getInstructionFromIndex(index);
 251
 252     for_operand:
 253       for (unsigned i = 0; i != mi->getNumOperands(); ++i) {
 254         MachineOperand& mop = mi->getOperand(i);
 255         if (mop.isRegister() && mop.getReg() == li.reg) {
 256           // First thing, attempt to fold the memory reference into the
 257           // instruction.  If we can do this, we don't need to insert spill
 258           // code.
 259           if (MachineInstr* fmi = mri_->foldMemoryOperand(mi, i, slot)) {
 260             if (lv_)
 261               lv_->instructionChanged(mi, fmi);
 262             vrm.virtFolded(li.reg, mi, i, fmi);
 263             mi2iMap_.erase(mi);
 264             i2miMap_[index/InstrSlots::NUM] = fmi;
 265             mi2iMap_[fmi] = index;
 266             MachineBasicBlock &MBB = *mi->getParent();
 267             mi = MBB.insert(MBB.erase(mi), fmi);
 268             ++numFolded;
 269
 270             // Folding the load/store can completely change the instruction in
 271             // unpredictable ways, rescan it from the beginning.
 272             goto for_operand;
 273           } else {
 274             // This is tricky. We need to add information in the interval about
 275             // the spill code so we have to use our extra load/store slots.
 276             //
 277             // If we have a use we are going to have a load so we start the
 278             // interval from the load slot onwards. Otherwise we start from the
 279             // def slot.
 280             unsigned start = (mop.isUse() ?
 281                               getLoadIndex(index) :
 282                               getDefIndex(index));
 283             // If we have a def we are going to have a store right after it so
 284             // we end the interval after the use of the next
 285             // instruction. Otherwise we end after the use of this instruction.
 286             unsigned end = 1 + (mop.isDef() ?
 287                                 getStoreIndex(index) :
 288                                 getUseIndex(index));
 289
 290             // create a new register for this spill
 291             unsigned nReg = mf_->getSSARegMap()->createVirtualRegister(rc);
 292             mi->SetMachineOperandReg(i, nReg);
 293             vrm.grow();
 294             vrm.assignVirt2StackSlot(nReg, slot);
 295             LiveInterval& nI = getOrCreateInterval(nReg);
 296             assert(nI.empty());
 297
 298             // the spill weight is now infinity as it
 299             // cannot be spilled again
 300             nI.weight = float(HUGE_VAL);
 301             LiveRange LR(start, end, nI.getNextValue());
 302             DEBUG(std::cerr << " +" << LR);
 303             nI.addRange(LR);
 304             added.push_back(&nI);
 305
 306             // update live variables if it is available
 307             if (lv_)
 308               lv_->addVirtualRegisterKilled(nReg, mi);
 309             DEBUG(std::cerr << "\t\t\t\tadded new interval: " << nI << '\n');
 310           }
 311         }
 312       }
 313     }
 314   }
 315
 316   return added;
 317 }
 318
 319 void LiveIntervals::printRegName(unsigned reg) const
 320 {
 321   if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(reg))
 322     std::cerr << mri_->getName(reg);
 323   else
 324     std::cerr << "%reg" << reg;
 325 }
 326
 327 void LiveIntervals::handleVirtualRegisterDef(MachineBasicBlock* mbb,
 328                                              MachineBasicBlock::iterator mi,
 329                                              LiveInterval& interval)
 330 {
 331   DEBUG(std::cerr << "\t\tregister: "; printRegName(interval.reg));
 332   LiveVariables::VarInfo& vi = lv_->getVarInfo(interval.reg);
 333
 334   // Virtual registers may be defined multiple times (due to phi
 335   // elimination and 2-addr elimination).  Much of what we do only has to be
 336   // done once for the vreg.  We use an empty interval to detect the first
 337   // time we see a vreg.
 338   if (interval.empty()) {
 339     // Get the Idx of the defining instructions.
 340     unsigned defIndex = getDefIndex(getInstructionIndex(mi));
 341
 342     unsigned ValNum = interval.getNextValue();
 343     assert(ValNum == 0 && "First value in interval is not 0?");
 344     ValNum = 0;  // Clue in the optimizer.
 345
 346     // Loop over all of the blocks that the vreg is defined in.  There are
 347     // two cases we have to handle here.  The most common case is a vreg
 348     // whose lifetime is contained within a basic block.  In this case there
 349     // will be a single kill, in MBB, which comes after the definition.
 350     if (vi.Kills.size() == 1 && vi.Kills[0]->getParent() == mbb) {
 351       // FIXME: what about dead vars?
 352       unsigned killIdx;
 353       if (vi.Kills[0] != mi)
 354         killIdx = getUseIndex(getInstructionIndex(vi.Kills[0]))+1;
 355       else
 356         killIdx = defIndex+1;
 357
 358       // If the kill happens after the definition, we have an intra-block
 359       // live range.
 360       if (killIdx > defIndex) {
 361         assert(vi.AliveBlocks.empty() &&
 362                "Shouldn't be alive across any blocks!");
 363         LiveRange LR(defIndex, killIdx, ValNum);
 364         interval.addRange(LR);
 365         DEBUG(std::cerr << " +" << LR << "\n");
 366         return;
 367       }
 368     }
 369
 370     // The other case we handle is when a virtual register lives to the end
 371     // of the defining block, potentially live across some blocks, then is
 372     // live into some number of blocks, but gets killed.  Start by adding a
 373     // range that goes from this definition to the end of the defining block.
 374     LiveRange NewLR(defIndex,
 375                     getInstructionIndex(&mbb->back()) + InstrSlots::NUM,
 376                     ValNum);
 377     DEBUG(std::cerr << " +" << NewLR);
 378     interval.addRange(NewLR);
 379
 380     // Iterate over all of the blocks that the variable is completely
 381     // live in, adding [insrtIndex(begin), instrIndex(end)+4) to the
 382     // live interval.
 383     for (unsigned i = 0, e = vi.AliveBlocks.size(); i != e; ++i) {
 384       if (vi.AliveBlocks[i]) {
 385         MachineBasicBlock* mbb = mf_->getBlockNumbered(i);
 386         if (!mbb->empty()) {
 387           LiveRange LR(getInstructionIndex(&mbb->front()),
 388                        getInstructionIndex(&mbb->back()) + InstrSlots::NUM,
 389                        ValNum);
 390           interval.addRange(LR);
 391           DEBUG(std::cerr << " +" << LR);
 392         }
 393       }
 394     }
 395
 396     // Finally, this virtual register is live from the start of any killing
 397     // block to the 'use' slot of the killing instruction.
 398     for (unsigned i = 0, e = vi.Kills.size(); i != e; ++i) {
 399       MachineInstr *Kill = vi.Kills[i];
 400       LiveRange LR(getInstructionIndex(Kill->getParent()->begin()),
 401                    getUseIndex(getInstructionIndex(Kill))+1,
 402                    ValNum);
 403       interval.addRange(LR);
 404       DEBUG(std::cerr << " +" << LR);
 405     }
 406
 407   } else {
 408     // If this is the second time we see a virtual register definition, it
 409     // must be due to phi elimination or two addr elimination.  If this is
 410     // the result of two address elimination, then the vreg is the first
 411     // operand, and is a def-and-use.
 412     if (mi->getOperand(0).isRegister() &&
 413         mi->getOperand(0).getReg() == interval.reg &&
 414         mi->getOperand(0).isDef() && mi->getOperand(0).isUse()) {
 415       // If this is a two-address definition, then we have already processed
 416       // the live range.  The only problem is that we didn't realize there
 417       // are actually two values in the live interval.  Because of this we
 418       // need to take the LiveRegion that defines this register and split it
 419       // into two values.
 420       unsigned DefIndex = getDefIndex(getInstructionIndex(vi.DefInst));
 421       unsigned RedefIndex = getDefIndex(getInstructionIndex(mi));
 422
 423       // Delete the initial value, which should be short and continuous,
 424       // becuase the 2-addr copy must be in the same MBB as the redef.
 425       interval.removeRange(DefIndex, RedefIndex);
 426
 427       LiveRange LR(DefIndex, RedefIndex, interval.getNextValue());
 428       DEBUG(std::cerr << " replace range with " << LR);
 429       interval.addRange(LR);
 430
 431       // If this redefinition is dead, we need to add a dummy unit live
 432       // range covering the def slot.
 433       if (lv_->RegisterDefIsDead(mi, interval.reg))
 434         interval.addRange(LiveRange(RedefIndex, RedefIndex+1, 0));
 435
 436       DEBUG(std::cerr << "RESULT: " << interval);
 437
 438     } else {
 439       // Otherwise, this must be because of phi elimination.  If this is the
 440       // first redefinition of the vreg that we have seen, go back and change
 441       // the live range in the PHI block to be a different value number.
 442       if (interval.containsOneValue()) {
 443         assert(vi.Kills.size() == 1 &&
 444                "PHI elimination vreg should have one kill, the PHI itself!");
 445
 446         // Remove the old range that we now know has an incorrect number.
 447         MachineInstr *Killer = vi.Kills[0];
 448         unsigned Start = getInstructionIndex(Killer->getParent()->begin());
 449         unsigned End = getUseIndex(getInstructionIndex(Killer))+1;
 450         DEBUG(std::cerr << "Removing [" << Start << "," << End << "] from: "
 451               << interval << "\n");
 452         interval.removeRange(Start, End);
 453         DEBUG(std::cerr << "RESULT: " << interval);
 454
 455         // Replace the interval with one of a NEW value number.
 456         LiveRange LR(Start, End, interval.getNextValue());
 457         DEBUG(std::cerr << " replace range with " << LR);
 458         interval.addRange(LR);
 459         DEBUG(std::cerr << "RESULT: " << interval);
 460       }
 461
 462       // In the case of PHI elimination, each variable definition is only
 463       // live until the end of the block.  We've already taken care of the
 464       // rest of the live range.
 465       unsigned defIndex = getDefIndex(getInstructionIndex(mi));
 466       LiveRange LR(defIndex,
 467                    getInstructionIndex(&mbb->back()) + InstrSlots::NUM,
 468                    interval.getNextValue());
 469       interval.addRange(LR);
 470       DEBUG(std::cerr << " +" << LR);
 471     }
 472   }
 473
 474   DEBUG(std::cerr << '\n');
 475 }
 476
 477 void LiveIntervals::handlePhysicalRegisterDef(MachineBasicBlock *MBB,
 478                                               MachineBasicBlock::iterator mi,
 479                                               LiveInterval& interval,
 480                                               unsigned SrcReg, unsigned DestReg,
 481                                               bool isLiveIn)
 482 {
 483   // A physical register cannot be live across basic block, so its
 484   // lifetime must end somewhere in its defining basic block.
 485   DEBUG(std::cerr << "\t\tregister: "; printRegName(interval.reg));
 486   typedef LiveVariables::killed_iterator KillIter;
 487
 488   unsigned baseIndex = getInstructionIndex(mi);
 489   unsigned start = getDefIndex(baseIndex);
 490   unsigned end = start;
 491
 492   // If it is not used after definition, it is considered dead at
 493   // the instruction defining it. Hence its interval is:
 494   // [defSlot(def), defSlot(def)+1)
 495   if (lv_->RegisterDefIsDead(mi, interval.reg)) {
 496     DEBUG(std::cerr << " dead");
 497     end = getDefIndex(start) + 1;
 498     goto exit;
 499   }
 500
 501   // If it is not dead on definition, it must be killed by a
 502   // subsequent instruction. Hence its interval is:
 503   // [defSlot(def), useSlot(kill)+1)
 504   while (++mi != MBB->end()) {
 505     baseIndex += InstrSlots::NUM;
 506     if (lv_->KillsRegister(mi, interval.reg)) {
 507       DEBUG(std::cerr << " killed");
 508       end = getUseIndex(baseIndex) + 1;
 509       goto exit;
 510     }
 511   }
 512
 513   // The only case we should have a dead physreg here without a killing or
 514   // instruction where we know it's dead is if it is live-in to the function
 515   // and never used.
 516   assert(isLiveIn && "physreg was not killed in defining block!");
 517   end = getDefIndex(start) + 1;  // It's dead.
 518
 519 exit:
 520   assert(start < end && "did not find end of interval?");
 521
 522   // Finally, if this is defining a new range for the physical register, and if
 523   // that physreg is just a copy from a vreg, and if THAT vreg was a copy from
 524   // the physreg, then the new fragment has the same value as the one copied
 525   // into the vreg.
 526   if (interval.reg == DestReg && !interval.empty() &&
 527       MRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg)) {
 528
 529     // Get the live interval for the vreg, see if it is defined by a copy.
 530     LiveInterval &SrcInterval = getOrCreateInterval(SrcReg);
 531
 532     if (SrcInterval.containsOneValue()) {
 533       assert(!SrcInterval.empty() && "Can't contain a value and be empty!");
 534
 535       // Get the first index of the first range.  Though the interval may have
 536       // multiple liveranges in it, we only check the first.
 537       unsigned StartIdx = SrcInterval.begin()->start;
 538       MachineInstr *SrcDefMI = getInstructionFromIndex(StartIdx);
 539
 540       // Check to see if the vreg was defined by a copy instruction, and that
 541       // the source was this physreg.
 542       unsigned VRegSrcSrc, VRegSrcDest;
 543       if (tii_->isMoveInstr(*SrcDefMI, VRegSrcSrc, VRegSrcDest) &&
 544           SrcReg == VRegSrcDest && VRegSrcSrc == DestReg) {
 545         // Okay, now we know that the vreg was defined by a copy from this
 546         // physreg.  Find the value number being copied and use it as the value
 547         // for this range.
 548         const LiveRange *DefRange = interval.getLiveRangeContaining(StartIdx-1);
 549         if (DefRange) {
 550           LiveRange LR(start, end, DefRange->ValId);
 551           interval.addRange(LR);
 552           DEBUG(std::cerr << " +" << LR << '\n');
 553           return;
 554         }
 555       }
 556     }
 557   }
 558
 559
 560   LiveRange LR(start, end, interval.getNextValue());
 561   interval.addRange(LR);
 562   DEBUG(std::cerr << " +" << LR << '\n');
 563 }
 564
 565 void LiveIntervals::handleRegisterDef(MachineBasicBlock *MBB,
 566                                       MachineBasicBlock::iterator MI,
 567                                       unsigned reg) {
 568   if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg))
 569     handleVirtualRegisterDef(MBB, MI, getOrCreateInterval(reg));
 570   else if (allocatableRegs_[reg]) {
 571     unsigned SrcReg = 0, DestReg = 0;
 572     bool IsMove = tii_->isMoveInstr(*MI, SrcReg, DestReg);
 573
 574     handlePhysicalRegisterDef(MBB, MI, getOrCreateInterval(reg),
 575                               SrcReg, DestReg);
 576     for (const unsigned* AS = mri_->getAliasSet(reg); *AS; ++AS)
 577       handlePhysicalRegisterDef(MBB, MI, getOrCreateInterval(*AS),
 578                                 SrcReg, DestReg);
 579   }
 580 }
 581
 582 /// computeIntervals - computes the live intervals for virtual
 583 /// registers. for some ordering of the machine instructions [1,N] a
 584 /// live interval is an interval [i, j) where 1 <= i <= j < N for
 585 /// which a variable is live
 586 void LiveIntervals::computeIntervals()
 587 {
 588   DEBUG(std::cerr << "********** COMPUTING LIVE INTERVALS **********\n");
 589   DEBUG(std::cerr << "********** Function: "
 590         << ((Value*)mf_->getFunction())->getName() << '\n');
 591   bool IgnoreFirstInstr = mf_->livein_begin() != mf_->livein_end();
 592
 593   for (MachineFunction::iterator I = mf_->begin(), E = mf_->end();
 594        I != E; ++I) {
 595     MachineBasicBlock* mbb = I;
 596     DEBUG(std::cerr << ((Value*)mbb->getBasicBlock())->getName() << ":\n");
 597
 598     MachineBasicBlock::iterator mi = mbb->begin(), miEnd = mbb->end();
 599     if (IgnoreFirstInstr) { ++mi; IgnoreFirstInstr = false; }
 600     for (; mi != miEnd; ++mi) {
 601       const TargetInstrDescriptor& tid =
 602         tm_->getInstrInfo()->get(mi->getOpcode());
 603       DEBUG(std::cerr << getInstructionIndex(mi) << "\t" << *mi);
 604
 605       // handle implicit defs
 606       for (const unsigned* id = tid.ImplicitDefs; *id; ++id)
 607         handleRegisterDef(mbb, mi, *id);
 608
 609       // handle explicit defs
 610       for (int i = mi->getNumOperands() - 1; i >= 0; --i) {
 611         MachineOperand& mop = mi->getOperand(i);
 612         // handle register defs - build intervals
 613         if (mop.isRegister() && mop.getReg() && mop.isDef())
 614           handleRegisterDef(mbb, mi, mop.getReg());
 615       }
 616     }
 617   }
 618 }
 619
 620 void LiveIntervals::joinIntervalsInMachineBB(MachineBasicBlock *MBB) {
 621   DEBUG(std::cerr << ((Value*)MBB->getBasicBlock())->getName() << ":\n");
 622
 623   for (MachineBasicBlock::iterator mi = MBB->begin(), mie = MBB->end();
 624        mi != mie; ++mi) {
 625     DEBUG(std::cerr << getInstructionIndex(mi) << '\t' << *mi);
 626
 627     // we only join virtual registers with allocatable
 628     // physical registers since we do not have liveness information
 629     // on not allocatable physical registers
 630     unsigned regA, regB;
 631     if (tii_->isMoveInstr(*mi, regA, regB) &&
 632         (MRegisterInfo::isVirtualRegister(regA) || allocatableRegs_[regA]) &&
 633         (MRegisterInfo::isVirtualRegister(regB) || allocatableRegs_[regB])) {
 634
 635       // Get representative registers.
 636       regA = rep(regA);
 637       regB = rep(regB);
 638
 639       // If they are already joined we continue.
 640       if (regA == regB)
 641         continue;
 642
 643       // If they are both physical registers, we cannot join them.
 644       if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(regA) &&
 645           MRegisterInfo::isPhysicalRegister(regB))
 646         continue;
 647
 648       // If they are not of the same register class, we cannot join them.
 649       if (differingRegisterClasses(regA, regB))
 650         continue;
 651
 652       LiveInterval &IntA = getInterval(regA);
 653       LiveInterval &IntB = getInterval(regB);
 654       assert(IntA.reg == regA && IntB.reg == regB &&
 655              "Register mapping is horribly broken!");
 656
 657       DEBUG(std::cerr << "\t\tInspecting " << IntA << " and " << IntB << ": ");
 658
 659       // If two intervals contain a single value and are joined by a copy, it
 660       // does not matter if the intervals overlap, they can always be joined.
 661       bool TriviallyJoinable =
 662         IntA.containsOneValue() && IntB.containsOneValue();
 663
 664       unsigned MIDefIdx = getDefIndex(getInstructionIndex(mi));
 665       if ((TriviallyJoinable || IntB.joinable(IntA, MIDefIdx)) &&
 666           !overlapsAliases(&IntA, &IntB)) {
 667         IntB.join(IntA, MIDefIdx);
 668         DEBUG(std::cerr << "Joined.  Result = " << IntB << "\n");
 669
 670         if (!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(regA)) {
 671           r2iMap_.erase(regA);
 672           r2rMap_[regA] = regB;
 673         } else {
 674           // Otherwise merge the data structures the other way so we don't lose
 675           // the physreg information.
 676           r2rMap_[regB] = regA;
 677           IntB.reg = regA;
 678           IntA.swap(IntB);
 679           r2iMap_.erase(regB);
 680         }
 681         ++numJoins;
 682       } else {
 683         DEBUG(std::cerr << "Interference!\n");
 684       }
 685     }
 686   }
 687 }
 688
 689 namespace {
 690   // DepthMBBCompare - Comparison predicate that sort first based on the loop
 691   // depth of the basic block (the unsigned), and then on the MBB number.
 692   struct DepthMBBCompare {
 693     typedef std::pair<unsigned, MachineBasicBlock*> DepthMBBPair;
 694     bool operator()(const DepthMBBPair &LHS, const DepthMBBPair &RHS) const {
 695       if (LHS.first > RHS.first) return true;   // Deeper loops first
 696       return LHS.first == RHS.first &&
 697         LHS.second->getNumber() < RHS.second->getNumber();
 698     }
 699   };
 700 }
 701
 702 void LiveIntervals::joinIntervals() {
 703   DEBUG(std::cerr << "********** JOINING INTERVALS ***********\n");
 704
 705   const LoopInfo &LI = getAnalysis<LoopInfo>();
 706   if (LI.begin() == LI.end()) {
 707     // If there are no loops in the function, join intervals in function order.
 708     for (MachineFunction::iterator I = mf_->begin(), E = mf_->end();
 709          I != E; ++I)
 710       joinIntervalsInMachineBB(I);
 711   } else {
 712     // Otherwise, join intervals in inner loops before other intervals.
 713     // Unfortunately we can't just iterate over loop hierarchy here because
 714     // there may be more MBB's than BB's.  Collect MBB's for sorting.
 715     std::vector<std::pair<unsigned, MachineBasicBlock*> > MBBs;
 716     for (MachineFunction::iterator I = mf_->begin(), E = mf_->end();
 717          I != E; ++I)
 718       MBBs.push_back(std::make_pair(LI.getLoopDepth(I->getBasicBlock()), I));
 719
 720     // Sort by loop depth.
 721     std::sort(MBBs.begin(), MBBs.end(), DepthMBBCompare());
 722
 723     // Finally, join intervals in loop nest order.
 724     for (unsigned i = 0, e = MBBs.size(); i != e; ++i)
 725       joinIntervalsInMachineBB(MBBs[i].second);
 726   }
 727
 728   DEBUG(std::cerr << "*** Register mapping ***\n");
 729   DEBUG(for (int i = 0, e = r2rMap_.size(); i != e; ++i)
 730           if (r2rMap_[i])
 731              std::cerr << "  reg " << i << " -> reg " << r2rMap_[i] << "\n");
 732 }
 733
 734 /// Return true if the two specified registers belong to different register
 735 /// classes.  The registers may be either phys or virt regs.
 736 bool LiveIntervals::differingRegisterClasses(unsigned RegA,
 737                                              unsigned RegB) const {
 738
 739   // Get the register classes for the first reg.
 740   if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(RegA)) {
 741     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(RegB) &&
 742            "Shouldn't consider two physregs!");
 743     return !mf_->getSSARegMap()->getRegClass(RegB)->contains(RegA);
 744   }
 745
 746   // Compare against the regclass for the second reg.
 747   const TargetRegisterClass *RegClass = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(RegA);
 748   if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(RegB))
 749     return RegClass != mf_->getSSARegMap()->getRegClass(RegB);
 750   else
 751     return !RegClass->contains(RegB);
 752 }
 753
 754 bool LiveIntervals::overlapsAliases(const LiveInterval *LHS,
 755                                     const LiveInterval *RHS) const {
 756   if (!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(LHS->reg)) {
 757     if (!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(RHS->reg))
 758       return false;   // vreg-vreg merge has no aliases!
 759     std::swap(LHS, RHS);
 760   }
 761
 762   assert(MRegisterInfo::isPhysicalRegister(LHS->reg) &&
 763          MRegisterInfo::isVirtualRegister(RHS->reg) &&
 764          "first interval must describe a physical register");
 765
 766   for (const unsigned *AS = mri_->getAliasSet(LHS->reg); *AS; ++AS)
 767     if (RHS->overlaps(getInterval(*AS)))
 768       return true;
 769
 770   return false;
 771 }
 772
 773 LiveInterval LiveIntervals::createInterval(unsigned reg) {
 774   float Weight = MRegisterInfo::isPhysicalRegister(reg) ?
 775                        (float)HUGE_VAL :0.0F;
 776   return LiveInterval(reg, Weight);
 777 }