lib/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.cpp

   1 //===-- LiveIntervalAnalysis.cpp - Live Interval Analysis -----------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // 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 "regalloc"
  19 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  20 #include "VirtRegMap.h"
  21 #include "llvm/Value.h"
  22 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  27 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
  28 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
  29 #include "llvm/CodeGen/MachineMemOperand.h"
  30 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  31 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  32 #include "llvm/CodeGen/ProcessImplicitDefs.h"
  33 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  34 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  35 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  36 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  37 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  38 #include "llvm/Support/Debug.h"
  39 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  40 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  41 #include "llvm/ADT/DepthFirstIterator.h"
  42 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  43 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  44 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  45 #include <algorithm>
  46 #include <limits>
  47 #include <cmath>
  48 using namespace llvm;
  49
  50 // Hidden options for help debugging.
  51 static cl::opt<bool> DisableReMat("disable-rematerialization",
  52                                   cl::init(false), cl::Hidden);
  53
  54 STATISTIC(numIntervals , "Number of original intervals");
  55
  56 char LiveIntervals::ID = 0;
  57 INITIALIZE_PASS_BEGIN(LiveIntervals, "liveintervals",
  58                 "Live Interval Analysis", false, false)
  59 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveVariables)
  60 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
  61 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(PHIElimination)
  62 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TwoAddressInstructionPass)
  63 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(ProcessImplicitDefs)
  64 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
  65 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
  66 INITIALIZE_PASS_END(LiveIntervals, "liveintervals",
  67                 "Live Interval Analysis", false, false)
  68
  69 void LiveIntervals::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  70   AU.setPreservesCFG();
  71   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
  72   AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
  73   AU.addRequired<LiveVariables>();
  74   AU.addPreserved<LiveVariables>();
  75   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
  76   AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
  77   AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
  78
  79   if (!StrongPHIElim) {
  80     AU.addPreservedID(PHIEliminationID);
  81     AU.addRequiredID(PHIEliminationID);
  82   }
  83
  84   AU.addRequiredID(TwoAddressInstructionPassID);
  85   AU.addPreserved<ProcessImplicitDefs>();
  86   AU.addRequired<ProcessImplicitDefs>();
  87   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
  88   AU.addRequiredTransitive<SlotIndexes>();
  89   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  90 }
  91
  92 void LiveIntervals::releaseMemory() {
  93   // Free the live intervals themselves.
  94   for (DenseMap<unsigned, LiveInterval*>::iterator I = r2iMap_.begin(),
  95        E = r2iMap_.end(); I != E; ++I)
  96     delete I->second;
  97
  98   r2iMap_.clear();
  99
 100   // Release VNInfo memory regions, VNInfo objects don't need to be dtor'd.
 101   VNInfoAllocator.Reset();
 102   while (!CloneMIs.empty()) {
 103     MachineInstr *MI = CloneMIs.back();
 104     CloneMIs.pop_back();
 105     mf_->DeleteMachineInstr(MI);
 106   }
 107 }
 108
 109 /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
 110 ///
 111 bool LiveIntervals::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
 112   mf_ = &fn;
 113   mri_ = &mf_->getRegInfo();
 114   tm_ = &fn.getTarget();
 115   tri_ = tm_->getRegisterInfo();
 116   tii_ = tm_->getInstrInfo();
 117   aa_ = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
 118   lv_ = &getAnalysis<LiveVariables>();
 119   indexes_ = &getAnalysis<SlotIndexes>();
 120   allocatableRegs_ = tri_->getAllocatableSet(fn);
 121
 122   computeIntervals();
 123
 124   numIntervals += getNumIntervals();
 125
 126   DEBUG(dump());
 127   return true;
 128 }
 129
 130 /// print - Implement the dump method.
 131 void LiveIntervals::print(raw_ostream &OS, const Module* ) const {
 132   OS << "********** INTERVALS **********\n";
 133   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
 134     I->second->print(OS, tri_);
 135     OS << "\n";
 136   }
 137
 138   printInstrs(OS);
 139 }
 140
 141 void LiveIntervals::printInstrs(raw_ostream &OS) const {
 142   OS << "********** MACHINEINSTRS **********\n";
 143   mf_->print(OS, indexes_);
 144 }
 145
 146 void LiveIntervals::dumpInstrs() const {
 147   printInstrs(dbgs());
 148 }
 149
 150 static
 151 bool MultipleDefsBySameMI(const MachineInstr &MI, unsigned MOIdx) {
 152   unsigned Reg = MI.getOperand(MOIdx).getReg();
 153   for (unsigned i = MOIdx+1, e = MI.getNumOperands(); i < e; ++i) {
 154     const MachineOperand &MO = MI.getOperand(i);
 155     if (!MO.isReg())
 156       continue;
 157     if (MO.getReg() == Reg && MO.isDef()) {
 158       assert(MI.getOperand(MOIdx).getSubReg() != MO.getSubReg() &&
 159              MI.getOperand(MOIdx).getSubReg() &&
 160              (MO.getSubReg() || MO.isImplicit()));
 161       return true;
 162     }
 163   }
 164   return false;
 165 }
 166
 167 /// isPartialRedef - Return true if the specified def at the specific index is
 168 /// partially re-defining the specified live interval. A common case of this is
 169 /// a definition of the sub-register.
 170 bool LiveIntervals::isPartialRedef(SlotIndex MIIdx, MachineOperand &MO,
 171                                    LiveInterval &interval) {
 172   if (!MO.getSubReg() || MO.isEarlyClobber())
 173     return false;
 174
 175   SlotIndex RedefIndex = MIIdx.getRegSlot();
 176   const LiveRange *OldLR =
 177     interval.getLiveRangeContaining(RedefIndex.getRegSlot(true));
 178   MachineInstr *DefMI = getInstructionFromIndex(OldLR->valno->def);
 179   if (DefMI != 0) {
 180     return DefMI->findRegisterDefOperandIdx(interval.reg) != -1;
 181   }
 182   return false;
 183 }
 184
 185 void LiveIntervals::handleVirtualRegisterDef(MachineBasicBlock *mbb,
 186                                              MachineBasicBlock::iterator mi,
 187                                              SlotIndex MIIdx,
 188                                              MachineOperand& MO,
 189                                              unsigned MOIdx,
 190                                              LiveInterval &interval) {
 191   DEBUG(dbgs() << "\t\tregister: " << PrintReg(interval.reg, tri_));
 192
 193   // Virtual registers may be defined multiple times (due to phi
 194   // elimination and 2-addr elimination).  Much of what we do only has to be
 195   // done once for the vreg.  We use an empty interval to detect the first
 196   // time we see a vreg.
 197   LiveVariables::VarInfo& vi = lv_->getVarInfo(interval.reg);
 198   if (interval.empty()) {
 199     // Get the Idx of the defining instructions.
 200     SlotIndex defIndex = MIIdx.getRegSlot(MO.isEarlyClobber());
 201
 202     // Make sure the first definition is not a partial redefinition. Add an
 203     // <imp-def> of the full register.
 204     // FIXME: LiveIntervals shouldn't modify the code like this.  Whoever
 205     // created the machine instruction should annotate it with <undef> flags
 206     // as needed.  Then we can simply assert here.  The REG_SEQUENCE lowering
 207     // is the main suspect.
 208     if (MO.getSubReg()) {
 209       mi->addRegisterDefined(interval.reg);
 210       // Mark all defs of interval.reg on this instruction as reading <undef>.
 211       for (unsigned i = MOIdx, e = mi->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 212         MachineOperand &MO2 = mi->getOperand(i);
 213         if (MO2.isReg() && MO2.getReg() == interval.reg && MO2.getSubReg())
 214           MO2.setIsUndef();
 215       }
 216     }
 217
 218     MachineInstr *CopyMI = NULL;
 219     if (mi->isCopyLike()) {
 220       CopyMI = mi;
 221     }
 222
 223     VNInfo *ValNo = interval.getNextValue(defIndex, CopyMI, VNInfoAllocator);
 224     assert(ValNo->id == 0 && "First value in interval is not 0?");
 225
 226     // Loop over all of the blocks that the vreg is defined in.  There are
 227     // two cases we have to handle here.  The most common case is a vreg
 228     // whose lifetime is contained within a basic block.  In this case there
 229     // will be a single kill, in MBB, which comes after the definition.
 230     if (vi.Kills.size() == 1 && vi.Kills[0]->getParent() == mbb) {
 231       // FIXME: what about dead vars?
 232       SlotIndex killIdx;
 233       if (vi.Kills[0] != mi)
 234         killIdx = getInstructionIndex(vi.Kills[0]).getRegSlot();
 235       else
 236         killIdx = defIndex.getDeadSlot();
 237
 238       // If the kill happens after the definition, we have an intra-block
 239       // live range.
 240       if (killIdx > defIndex) {
 241         assert(vi.AliveBlocks.empty() &&
 242                "Shouldn't be alive across any blocks!");
 243         LiveRange LR(defIndex, killIdx, ValNo);
 244         interval.addRange(LR);
 245         DEBUG(dbgs() << " +" << LR << "\n");
 246         return;
 247       }
 248     }
 249
 250     // The other case we handle is when a virtual register lives to the end
 251     // of the defining block, potentially live across some blocks, then is
 252     // live into some number of blocks, but gets killed.  Start by adding a
 253     // range that goes from this definition to the end of the defining block.
 254     LiveRange NewLR(defIndex, getMBBEndIdx(mbb), ValNo);
 255     DEBUG(dbgs() << " +" << NewLR);
 256     interval.addRange(NewLR);
 257
 258     bool PHIJoin = lv_->isPHIJoin(interval.reg);
 259
 260     if (PHIJoin) {
 261       // A phi join register is killed at the end of the MBB and revived as a new
 262       // valno in the killing blocks.
 263       assert(vi.AliveBlocks.empty() && "Phi join can't pass through blocks");
 264       DEBUG(dbgs() << " phi-join");
 265       ValNo->setHasPHIKill(true);
 266     } else {
 267       // Iterate over all of the blocks that the variable is completely
 268       // live in, adding [insrtIndex(begin), instrIndex(end)+4) to the
 269       // live interval.
 270       for (SparseBitVector<>::iterator I = vi.AliveBlocks.begin(),
 271                E = vi.AliveBlocks.end(); I != E; ++I) {
 272         MachineBasicBlock *aliveBlock = mf_->getBlockNumbered(*I);
 273         LiveRange LR(getMBBStartIdx(aliveBlock), getMBBEndIdx(aliveBlock), ValNo);
 274         interval.addRange(LR);
 275         DEBUG(dbgs() << " +" << LR);
 276       }
 277     }
 278
 279     // Finally, this virtual register is live from the start of any killing
 280     // block to the 'use' slot of the killing instruction.
 281     for (unsigned i = 0, e = vi.Kills.size(); i != e; ++i) {
 282       MachineInstr *Kill = vi.Kills[i];
 283       SlotIndex Start = getMBBStartIdx(Kill->getParent());
 284       SlotIndex killIdx = getInstructionIndex(Kill).getRegSlot();
 285
 286       // Create interval with one of a NEW value number.  Note that this value
 287       // number isn't actually defined by an instruction, weird huh? :)
 288       if (PHIJoin) {
 289         assert(getInstructionFromIndex(Start) == 0 &&
 290                "PHI def index points at actual instruction.");
 291         ValNo = interval.getNextValue(Start, 0, VNInfoAllocator);
 292         ValNo->setIsPHIDef(true);
 293       }
 294       LiveRange LR(Start, killIdx, ValNo);
 295       interval.addRange(LR);
 296       DEBUG(dbgs() << " +" << LR);
 297     }
 298
 299   } else {
 300     if (MultipleDefsBySameMI(*mi, MOIdx))
 301       // Multiple defs of the same virtual register by the same instruction.
 302       // e.g. %reg1031:5<def>, %reg1031:6<def> = VLD1q16 %reg1024<kill>, ...
 303       // This is likely due to elimination of REG_SEQUENCE instructions. Return
 304       // here since there is nothing to do.
 305       return;
 306
 307     // If this is the second time we see a virtual register definition, it
 308     // must be due to phi elimination or two addr elimination.  If this is
 309     // the result of two address elimination, then the vreg is one of the
 310     // def-and-use register operand.
 311
 312     // It may also be partial redef like this:
 313     // 80  %reg1041:6<def> = VSHRNv4i16 %reg1034<kill>, 12, pred:14, pred:%reg0
 314     // 120 %reg1041:5<def> = VSHRNv4i16 %reg1039<kill>, 12, pred:14, pred:%reg0
 315     bool PartReDef = isPartialRedef(MIIdx, MO, interval);
 316     if (PartReDef || mi->isRegTiedToUseOperand(MOIdx)) {
 317       // If this is a two-address definition, then we have already processed
 318       // the live range.  The only problem is that we didn't realize there
 319       // are actually two values in the live interval.  Because of this we
 320       // need to take the LiveRegion that defines this register and split it
 321       // into two values.
 322       SlotIndex RedefIndex = MIIdx.getRegSlot(MO.isEarlyClobber());
 323
 324       const LiveRange *OldLR =
 325         interval.getLiveRangeContaining(RedefIndex.getRegSlot(true));
 326       VNInfo *OldValNo = OldLR->valno;
 327       SlotIndex DefIndex = OldValNo->def.getRegSlot();
 328
 329       // Delete the previous value, which should be short and continuous,
 330       // because the 2-addr copy must be in the same MBB as the redef.
 331       interval.removeRange(DefIndex, RedefIndex);
 332
 333       // The new value number (#1) is defined by the instruction we claimed
 334       // defined value #0.
 335       VNInfo *ValNo = interval.createValueCopy(OldValNo, VNInfoAllocator);
 336
 337       // Value#0 is now defined by the 2-addr instruction.
 338       OldValNo->def  = RedefIndex;
 339       OldValNo->setCopy(0);
 340
 341       // A re-def may be a copy. e.g. %reg1030:6<def> = VMOVD %reg1026, ...
 342       if (PartReDef && mi->isCopyLike())
 343         OldValNo->setCopy(&*mi);
 344
 345       // Add the new live interval which replaces the range for the input copy.
 346       LiveRange LR(DefIndex, RedefIndex, ValNo);
 347       DEBUG(dbgs() << " replace range with " << LR);
 348       interval.addRange(LR);
 349
 350       // If this redefinition is dead, we need to add a dummy unit live
 351       // range covering the def slot.
 352       if (MO.isDead())
 353         interval.addRange(LiveRange(RedefIndex, RedefIndex.getDeadSlot(),
 354                                     OldValNo));
 355
 356       DEBUG({
 357           dbgs() << " RESULT: ";
 358           interval.print(dbgs(), tri_);
 359         });
 360     } else if (lv_->isPHIJoin(interval.reg)) {
 361       // In the case of PHI elimination, each variable definition is only
 362       // live until the end of the block.  We've already taken care of the
 363       // rest of the live range.
 364
 365       SlotIndex defIndex = MIIdx.getRegSlot();
 366       if (MO.isEarlyClobber())
 367         defIndex = MIIdx.getRegSlot(true);
 368
 369       VNInfo *ValNo;
 370       MachineInstr *CopyMI = NULL;
 371       if (mi->isCopyLike())
 372         CopyMI = mi;
 373       ValNo = interval.getNextValue(defIndex, CopyMI, VNInfoAllocator);
 374
 375       SlotIndex killIndex = getMBBEndIdx(mbb);
 376       LiveRange LR(defIndex, killIndex, ValNo);
 377       interval.addRange(LR);
 378       ValNo->setHasPHIKill(true);
 379       DEBUG(dbgs() << " phi-join +" << LR);
 380     } else {
 381       llvm_unreachable("Multiply defined register");
 382     }
 383   }
 384
 385   DEBUG(dbgs() << '\n');
 386 }
 387
 388 void LiveIntervals::handlePhysicalRegisterDef(MachineBasicBlock *MBB,
 389                                               MachineBasicBlock::iterator mi,
 390                                               SlotIndex MIIdx,
 391                                               MachineOperand& MO,
 392                                               LiveInterval &interval,
 393                                               MachineInstr *CopyMI) {
 394   // A physical register cannot be live across basic block, so its
 395   // lifetime must end somewhere in its defining basic block.
 396   DEBUG(dbgs() << "\t\tregister: " << PrintReg(interval.reg, tri_));
 397
 398   SlotIndex baseIndex = MIIdx;
 399   SlotIndex start = baseIndex.getRegSlot(MO.isEarlyClobber());
 400   SlotIndex end = start;
 401
 402   // If it is not used after definition, it is considered dead at
 403   // the instruction defining it. Hence its interval is:
 404   // [defSlot(def), defSlot(def)+1)
 405   // For earlyclobbers, the defSlot was pushed back one; the extra
 406   // advance below compensates.
 407   if (MO.isDead()) {
 408     DEBUG(dbgs() << " dead");
 409     end = start.getDeadSlot();
 410     goto exit;
 411   }
 412
 413   // If it is not dead on definition, it must be killed by a
 414   // subsequent instruction. Hence its interval is:
 415   // [defSlot(def), useSlot(kill)+1)
 416   baseIndex = baseIndex.getNextIndex();
 417   while (++mi != MBB->end()) {
 418
 419     if (mi->isDebugValue())
 420       continue;
 421     if (getInstructionFromIndex(baseIndex) == 0)
 422       baseIndex = indexes_->getNextNonNullIndex(baseIndex);
 423
 424     if (mi->killsRegister(interval.reg, tri_)) {
 425       DEBUG(dbgs() << " killed");
 426       end = baseIndex.getRegSlot();
 427       goto exit;
 428     } else {
 429       int DefIdx = mi->findRegisterDefOperandIdx(interval.reg,false,false,tri_);
 430       if (DefIdx != -1) {
 431         if (mi->isRegTiedToUseOperand(DefIdx)) {
 432           // Two-address instruction.
 433           end = baseIndex.getRegSlot();
 434         } else {
 435           // Another instruction redefines the register before it is ever read.
 436           // Then the register is essentially dead at the instruction that
 437           // defines it. Hence its interval is:
 438           // [defSlot(def), defSlot(def)+1)
 439           DEBUG(dbgs() << " dead");
 440           end = start.getDeadSlot();
 441         }
 442         goto exit;
 443       }
 444     }
 445
 446     baseIndex = baseIndex.getNextIndex();
 447   }
 448
 449   // The only case we should have a dead physreg here without a killing or
 450   // instruction where we know it's dead is if it is live-in to the function
 451   // and never used. Another possible case is the implicit use of the
 452   // physical register has been deleted by two-address pass.
 453   end = start.getDeadSlot();
 454
 455 exit:
 456   assert(start < end && "did not find end of interval?");
 457
 458   // Already exists? Extend old live interval.
 459   VNInfo *ValNo = interval.getVNInfoAt(start);
 460   bool Extend = ValNo != 0;
 461   if (!Extend)
 462     ValNo = interval.getNextValue(start, CopyMI, VNInfoAllocator);
 463   if (Extend && MO.isEarlyClobber())
 464     ValNo->setHasRedefByEC(true);
 465   LiveRange LR(start, end, ValNo);
 466   interval.addRange(LR);
 467   DEBUG(dbgs() << " +" << LR << '\n');
 468 }
 469
 470 void LiveIntervals::handleRegisterDef(MachineBasicBlock *MBB,
 471                                       MachineBasicBlock::iterator MI,
 472                                       SlotIndex MIIdx,
 473                                       MachineOperand& MO,
 474                                       unsigned MOIdx) {
 475   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg()))
 476     handleVirtualRegisterDef(MBB, MI, MIIdx, MO, MOIdx,
 477                              getOrCreateInterval(MO.getReg()));
 478   else {
 479     MachineInstr *CopyMI = NULL;
 480     if (MI->isCopyLike())
 481       CopyMI = MI;
 482     handlePhysicalRegisterDef(MBB, MI, MIIdx, MO,
 483                               getOrCreateInterval(MO.getReg()), CopyMI);
 484   }
 485 }
 486
 487 void LiveIntervals::handleLiveInRegister(MachineBasicBlock *MBB,
 488                                          SlotIndex MIIdx,
 489                                          LiveInterval &interval, bool isAlias) {
 490   DEBUG(dbgs() << "\t\tlivein register: " << PrintReg(interval.reg, tri_));
 491
 492   // Look for kills, if it reaches a def before it's killed, then it shouldn't
 493   // be considered a livein.
 494   MachineBasicBlock::iterator mi = MBB->begin();
 495   MachineBasicBlock::iterator E = MBB->end();
 496   // Skip over DBG_VALUE at the start of the MBB.
 497   if (mi != E && mi->isDebugValue()) {
 498     while (++mi != E && mi->isDebugValue())
 499       ;
 500     if (mi == E)
 501       // MBB is empty except for DBG_VALUE's.
 502       return;
 503   }
 504
 505   SlotIndex baseIndex = MIIdx;
 506   SlotIndex start = baseIndex;
 507   if (getInstructionFromIndex(baseIndex) == 0)
 508     baseIndex = indexes_->getNextNonNullIndex(baseIndex);
 509
 510   SlotIndex end = baseIndex;
 511   bool SeenDefUse = false;
 512
 513   while (mi != E) {
 514     if (mi->killsRegister(interval.reg, tri_)) {
 515       DEBUG(dbgs() << " killed");
 516       end = baseIndex.getRegSlot();
 517       SeenDefUse = true;
 518       break;
 519     } else if (mi->definesRegister(interval.reg, tri_)) {
 520       // Another instruction redefines the register before it is ever read.
 521       // Then the register is essentially dead at the instruction that defines
 522       // it. Hence its interval is:
 523       // [defSlot(def), defSlot(def)+1)
 524       DEBUG(dbgs() << " dead");
 525       end = start.getDeadSlot();
 526       SeenDefUse = true;
 527       break;
 528     }
 529
 530     while (++mi != E && mi->isDebugValue())
 531       // Skip over DBG_VALUE.
 532       ;
 533     if (mi != E)
 534       baseIndex = indexes_->getNextNonNullIndex(baseIndex);
 535   }
 536
 537   // Live-in register might not be used at all.
 538   if (!SeenDefUse) {
 539     if (isAlias) {
 540       DEBUG(dbgs() << " dead");
 541       end = MIIdx.getDeadSlot();
 542     } else {
 543       DEBUG(dbgs() << " live through");
 544       end = getMBBEndIdx(MBB);
 545     }
 546   }
 547
 548   SlotIndex defIdx = getMBBStartIdx(MBB);
 549   assert(getInstructionFromIndex(defIdx) == 0 &&
 550          "PHI def index points at actual instruction.");
 551   VNInfo *vni =
 552     interval.getNextValue(defIdx, 0, VNInfoAllocator);
 553   vni->setIsPHIDef(true);
 554   LiveRange LR(start, end, vni);
 555
 556   interval.addRange(LR);
 557   DEBUG(dbgs() << " +" << LR << '\n');
 558 }
 559
 560 /// computeIntervals - computes the live intervals for virtual
 561 /// registers. for some ordering of the machine instructions [1,N] a
 562 /// live interval is an interval [i, j) where 1 <= i <= j < N for
 563 /// which a variable is live
 564 void LiveIntervals::computeIntervals() {
 565   DEBUG(dbgs() << "********** COMPUTING LIVE INTERVALS **********\n"
 566                << "********** Function: "
 567                << ((Value*)mf_->getFunction())->getName() << '\n');
 568
 569   SmallVector<unsigned, 8> UndefUses;
 570   for (MachineFunction::iterator MBBI = mf_->begin(), E = mf_->end();
 571        MBBI != E; ++MBBI) {
 572     MachineBasicBlock *MBB = MBBI;
 573     if (MBB->empty())
 574       continue;
 575
 576     // Track the index of the current machine instr.
 577     SlotIndex MIIndex = getMBBStartIdx(MBB);
 578     DEBUG(dbgs() << "BB#" << MBB->getNumber()
 579           << ":\t\t# derived from " << MBB->getName() << "\n");
 580
 581     // Create intervals for live-ins to this BB first.
 582     for (MachineBasicBlock::livein_iterator LI = MBB->livein_begin(),
 583            LE = MBB->livein_end(); LI != LE; ++LI) {
 584       handleLiveInRegister(MBB, MIIndex, getOrCreateInterval(*LI));
 585     }
 586
 587     // Skip over empty initial indices.
 588     if (getInstructionFromIndex(MIIndex) == 0)
 589       MIIndex = indexes_->getNextNonNullIndex(MIIndex);
 590
 591     for (MachineBasicBlock::iterator MI = MBB->begin(), miEnd = MBB->end();
 592          MI != miEnd; ++MI) {
 593       DEBUG(dbgs() << MIIndex << "\t" << *MI);
 594       if (MI->isDebugValue())
 595         continue;
 596
 597       // Handle defs.
 598       for (int i = MI->getNumOperands() - 1; i >= 0; --i) {
 599         MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 600         if (!MO.isReg() || !MO.getReg())
 601           continue;
 602
 603         // handle register defs - build intervals
 604         if (MO.isDef())
 605           handleRegisterDef(MBB, MI, MIIndex, MO, i);
 606         else if (MO.isUndef())
 607           UndefUses.push_back(MO.getReg());
 608       }
 609
 610       // Move to the next instr slot.
 611       MIIndex = indexes_->getNextNonNullIndex(MIIndex);
 612     }
 613   }
 614
 615   // Create empty intervals for registers defined by implicit_def's (except
 616   // for those implicit_def that define values which are liveout of their
 617   // blocks.
 618   for (unsigned i = 0, e = UndefUses.size(); i != e; ++i) {
 619     unsigned UndefReg = UndefUses[i];
 620     (void)getOrCreateInterval(UndefReg);
 621   }
 622 }
 623
 624 LiveInterval* LiveIntervals::createInterval(unsigned reg) {
 625   float Weight = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(reg) ? HUGE_VALF : 0.0F;
 626   return new LiveInterval(reg, Weight);
 627 }
 628
 629 /// dupInterval - Duplicate a live interval. The caller is responsible for
 630 /// managing the allocated memory.
 631 LiveInterval* LiveIntervals::dupInterval(LiveInterval *li) {
 632   LiveInterval *NewLI = createInterval(li->reg);
 633   NewLI->Copy(*li, mri_, getVNInfoAllocator());
 634   return NewLI;
 635 }
 636
 637 /// shrinkToUses - After removing some uses of a register, shrink its live
 638 /// range to just the remaining uses. This method does not compute reaching
 639 /// defs for new uses, and it doesn't remove dead defs.
 640 bool LiveIntervals::shrinkToUses(LiveInterval *li,
 641                                  SmallVectorImpl<MachineInstr*> *dead) {
 642   DEBUG(dbgs() << "Shrink: " << *li << '\n');
 643   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(li->reg)
 644          && "Can only shrink virtual registers");
 645   // Find all the values used, including PHI kills.
 646   SmallVector<std::pair<SlotIndex, VNInfo*>, 16> WorkList;
 647
 648   // Blocks that have already been added to WorkList as live-out.
 649   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 16> LiveOut;
 650
 651   // Visit all instructions reading li->reg.
 652   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = mri_->reg_begin(li->reg);
 653        MachineInstr *UseMI = I.skipInstruction();) {
 654     if (UseMI->isDebugValue() || !UseMI->readsVirtualRegister(li->reg))
 655       continue;
 656     SlotIndex Idx = getInstructionIndex(UseMI).getRegSlot();
 657     // Note: This intentionally picks up the wrong VNI in case of an EC redef.
 658     // See below.
 659     VNInfo *VNI = li->getVNInfoBefore(Idx);
 660     if (!VNI) {
 661       // This shouldn't happen: readsVirtualRegister returns true, but there is
 662       // no live value. It is likely caused by a target getting <undef> flags
 663       // wrong.
 664       DEBUG(dbgs() << Idx << '\t' << *UseMI
 665                    << "Warning: Instr claims to read non-existent value in "
 666                     << *li << '\n');
 667       continue;
 668     }
 669     // Special case: An early-clobber tied operand reads and writes the
 670     // register one slot early.  The getVNInfoBefore call above would have
 671     // picked up the value defined by UseMI.  Adjust the kill slot and value.
 672     if (SlotIndex::isSameInstr(VNI->def, Idx)) {
 673       Idx = VNI->def;
 674       VNI = li->getVNInfoBefore(Idx);
 675       assert(VNI && "Early-clobber tied value not available");
 676     }
 677     WorkList.push_back(std::make_pair(Idx, VNI));
 678   }
 679
 680   // Create a new live interval with only minimal live segments per def.
 681   LiveInterval NewLI(li->reg, 0);
 682   for (LiveInterval::vni_iterator I = li->vni_begin(), E = li->vni_end();
 683        I != E; ++I) {
 684     VNInfo *VNI = *I;
 685     if (VNI->isUnused())
 686       continue;
 687     NewLI.addRange(LiveRange(VNI->def, VNI->def.getDeadSlot(), VNI));
 688   }
 689
 690   // Keep track of the PHIs that are in use.
 691   SmallPtrSet<VNInfo*, 8> UsedPHIs;
 692
 693   // Extend intervals to reach all uses in WorkList.
 694   while (!WorkList.empty()) {
 695     SlotIndex Idx = WorkList.back().first;
 696     VNInfo *VNI = WorkList.back().second;
 697     WorkList.pop_back();
 698     const MachineBasicBlock *MBB = getMBBFromIndex(Idx.getPrevSlot());
 699     SlotIndex BlockStart = getMBBStartIdx(MBB);
 700
 701     // Extend the live range for VNI to be live at Idx.
 702     if (VNInfo *ExtVNI = NewLI.extendInBlock(BlockStart, Idx)) {
 703       (void)ExtVNI;
 704       assert(ExtVNI == VNI && "Unexpected existing value number");
 705       // Is this a PHIDef we haven't seen before?
 706       if (!VNI->isPHIDef() || VNI->def != BlockStart || !UsedPHIs.insert(VNI))
 707         continue;
 708       // The PHI is live, make sure the predecessors are live-out.
 709       for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator PI = MBB->pred_begin(),
 710            PE = MBB->pred_end(); PI != PE; ++PI) {
 711         if (!LiveOut.insert(*PI))
 712           continue;
 713         SlotIndex Stop = getMBBEndIdx(*PI);
 714         // A predecessor is not required to have a live-out value for a PHI.
 715         if (VNInfo *PVNI = li->getVNInfoBefore(Stop))
 716           WorkList.push_back(std::make_pair(Stop, PVNI));
 717       }
 718       continue;
 719     }
 720
 721     // VNI is live-in to MBB.
 722     DEBUG(dbgs() << " live-in at " << BlockStart << '\n');
 723     NewLI.addRange(LiveRange(BlockStart, Idx, VNI));
 724
 725     // Make sure VNI is live-out from the predecessors.
 726     for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator PI = MBB->pred_begin(),
 727          PE = MBB->pred_end(); PI != PE; ++PI) {
 728       if (!LiveOut.insert(*PI))
 729         continue;
 730       SlotIndex Stop = getMBBEndIdx(*PI);
 731       assert(li->getVNInfoBefore(Stop) == VNI &&
 732              "Wrong value out of predecessor");
 733       WorkList.push_back(std::make_pair(Stop, VNI));
 734     }
 735   }
 736
 737   // Handle dead values.
 738   bool CanSeparate = false;
 739   for (LiveInterval::vni_iterator I = li->vni_begin(), E = li->vni_end();
 740        I != E; ++I) {
 741     VNInfo *VNI = *I;
 742     if (VNI->isUnused())
 743       continue;
 744     LiveInterval::iterator LII = NewLI.FindLiveRangeContaining(VNI->def);
 745     assert(LII != NewLI.end() && "Missing live range for PHI");
 746     if (LII->end != VNI->def.getDeadSlot())
 747       continue;
 748     if (VNI->isPHIDef()) {
 749       // This is a dead PHI. Remove it.
 750       VNI->setIsUnused(true);
 751       NewLI.removeRange(*LII);
 752       DEBUG(dbgs() << "Dead PHI at " << VNI->def << " may separate interval\n");
 753       CanSeparate = true;
 754     } else {
 755       // This is a dead def. Make sure the instruction knows.
 756       MachineInstr *MI = getInstructionFromIndex(VNI->def);
 757       assert(MI && "No instruction defining live value");
 758       MI->addRegisterDead(li->reg, tri_);
 759       if (dead && MI->allDefsAreDead()) {
 760         DEBUG(dbgs() << "All defs dead: " << VNI->def << '\t' << *MI);
 761         dead->push_back(MI);
 762       }
 763     }
 764   }
 765
 766   // Move the trimmed ranges back.
 767   li->ranges.swap(NewLI.ranges);
 768   DEBUG(dbgs() << "Shrunk: " << *li << '\n');
 769   return CanSeparate;
 770 }
 771
 772
 773 //===----------------------------------------------------------------------===//
 774 // Register allocator hooks.
 775 //
 776
 777 void LiveIntervals::addKillFlags() {
 778   for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
 779     unsigned Reg = I->first;
 780     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg))
 781       continue;
 782     if (mri_->reg_nodbg_empty(Reg))
 783       continue;
 784     LiveInterval *LI = I->second;
 785
 786     // Every instruction that kills Reg corresponds to a live range end point.
 787     for (LiveInterval::iterator RI = LI->begin(), RE = LI->end(); RI != RE;
 788          ++RI) {
 789       // A block index indicates an MBB edge.
 790       if (RI->end.isBlock())
 791         continue;
 792       MachineInstr *MI = getInstructionFromIndex(RI->end);
 793       if (!MI)
 794         continue;
 795       MI->addRegisterKilled(Reg, NULL);
 796     }
 797   }
 798 }
 799
 800 /// getReMatImplicitUse - If the remat definition MI has one (for now, we only
 801 /// allow one) virtual register operand, then its uses are implicitly using
 802 /// the register. Returns the virtual register.
 803 unsigned LiveIntervals::getReMatImplicitUse(const LiveInterval &li,
 804                                             MachineInstr *MI) const {
 805   unsigned RegOp = 0;
 806   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 807     MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 808     if (!MO.isReg() || !MO.isUse())
 809       continue;
 810     unsigned Reg = MO.getReg();
 811     if (Reg == 0 || Reg == li.reg)
 812       continue;
 813
 814     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) &&
 815         !allocatableRegs_[Reg])
 816       continue;
 817     RegOp = MO.getReg();
 818     break; // Found vreg operand - leave the loop.
 819   }
 820   return RegOp;
 821 }
 822
 823 /// isValNoAvailableAt - Return true if the val# of the specified interval
 824 /// which reaches the given instruction also reaches the specified use index.
 825 bool LiveIntervals::isValNoAvailableAt(const LiveInterval &li, MachineInstr *MI,
 826                                        SlotIndex UseIdx) const {
 827   VNInfo *UValNo = li.getVNInfoAt(UseIdx);
 828   return UValNo && UValNo == li.getVNInfoAt(getInstructionIndex(MI));
 829 }
 830
 831 /// isReMaterializable - Returns true if the definition MI of the specified
 832 /// val# of the specified interval is re-materializable.
 833 bool
 834 LiveIntervals::isReMaterializable(const LiveInterval &li,
 835                                   const VNInfo *ValNo, MachineInstr *MI,
 836                                   const SmallVectorImpl<LiveInterval*> *SpillIs,
 837                                   bool &isLoad) {
 838   if (DisableReMat)
 839     return false;
 840
 841   if (!tii_->isTriviallyReMaterializable(MI, aa_))
 842     return false;
 843
 844   // Target-specific code can mark an instruction as being rematerializable
 845   // if it has one virtual reg use, though it had better be something like
 846   // a PIC base register which is likely to be live everywhere.
 847   unsigned ImpUse = getReMatImplicitUse(li, MI);
 848   if (ImpUse) {
 849     const LiveInterval &ImpLi = getInterval(ImpUse);
 850     for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator
 851            ri = mri_->use_nodbg_begin(li.reg), re = mri_->use_nodbg_end();
 852          ri != re; ++ri) {
 853       MachineInstr *UseMI = &*ri;
 854       SlotIndex UseIdx = getInstructionIndex(UseMI);
 855       if (li.getVNInfoAt(UseIdx) != ValNo)
 856         continue;
 857       if (!isValNoAvailableAt(ImpLi, MI, UseIdx))
 858         return false;
 859     }
 860
 861     // If a register operand of the re-materialized instruction is going to
 862     // be spilled next, then it's not legal to re-materialize this instruction.
 863     if (SpillIs)
 864       for (unsigned i = 0, e = SpillIs->size(); i != e; ++i)
 865         if (ImpUse == (*SpillIs)[i]->reg)
 866           return false;
 867   }
 868   return true;
 869 }
 870
 871 /// isReMaterializable - Returns true if every definition of MI of every
 872 /// val# of the specified interval is re-materializable.
 873 bool
 874 LiveIntervals::isReMaterializable(const LiveInterval &li,
 875                                   const SmallVectorImpl<LiveInterval*> *SpillIs,
 876                                   bool &isLoad) {
 877   isLoad = false;
 878   for (LiveInterval::const_vni_iterator i = li.vni_begin(), e = li.vni_end();
 879        i != e; ++i) {
 880     const VNInfo *VNI = *i;
 881     if (VNI->isUnused())
 882       continue; // Dead val#.
 883     // Is the def for the val# rematerializable?
 884     MachineInstr *ReMatDefMI = getInstructionFromIndex(VNI->def);
 885     if (!ReMatDefMI)
 886       return false;
 887     bool DefIsLoad = false;
 888     if (!ReMatDefMI ||
 889         !isReMaterializable(li, VNI, ReMatDefMI, SpillIs, DefIsLoad))
 890       return false;
 891     isLoad |= DefIsLoad;
 892   }
 893   return true;
 894 }
 895
 896 bool LiveIntervals::intervalIsInOneMBB(const LiveInterval &li) const {
 897   LiveInterval::Ranges::const_iterator itr = li.ranges.begin();
 898
 899   MachineBasicBlock *mbb =  indexes_->getMBBCoveringRange(itr->start, itr->end);
 900
 901   if (mbb == 0)
 902     return false;
 903
 904   for (++itr; itr != li.ranges.end(); ++itr) {
 905     MachineBasicBlock *mbb2 =
 906       indexes_->getMBBCoveringRange(itr->start, itr->end);
 907
 908     if (mbb2 != mbb)
 909       return false;
 910   }
 911
 912   return true;
 913 }
 914
 915 float
 916 LiveIntervals::getSpillWeight(bool isDef, bool isUse, unsigned loopDepth) {
 917   // Limit the loop depth ridiculousness.
 918   if (loopDepth > 200)
 919     loopDepth = 200;
 920
 921   // The loop depth is used to roughly estimate the number of times the
 922   // instruction is executed. Something like 10^d is simple, but will quickly
 923   // overflow a float. This expression behaves like 10^d for small d, but is
 924   // more tempered for large d. At d=200 we get 6.7e33 which leaves a bit of
 925   // headroom before overflow.
 926   // By the way, powf() might be unavailable here. For consistency,
 927   // We may take pow(double,double).
 928   float lc = std::pow(1 + (100.0 / (loopDepth + 10)), (double)loopDepth);
 929
 930   return (isDef + isUse) * lc;
 931 }
 932
 933 LiveRange LiveIntervals::addLiveRangeToEndOfBlock(unsigned reg,
 934                                                   MachineInstr* startInst) {
 935   LiveInterval& Interval = getOrCreateInterval(reg);
 936   VNInfo* VN = Interval.getNextValue(
 937     SlotIndex(getInstructionIndex(startInst).getRegSlot()),
 938     startInst, getVNInfoAllocator());
 939   VN->setHasPHIKill(true);
 940   LiveRange LR(
 941      SlotIndex(getInstructionIndex(startInst).getRegSlot()),
 942      getMBBEndIdx(startInst->getParent()), VN);
 943   Interval.addRange(LR);
 944
 945   return LR;
 946 }
 947