lib/CodeGen/LiveRangeEdit.cpp

   1 //===-- LiveRangeEdit.cpp - Basic tools for editing a register live range -===//
   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 // The LiveRangeEdit class represents changes done to a virtual register when it
  11 // is spilled or split.
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
  15 #include "llvm/CodeGen/LiveRangeEdit.h"
  16 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  17 #include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/VirtRegMap.h"
  21 #include "llvm/Support/Debug.h"
  22 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  24
  25 using namespace llvm;
  26
  27 STATISTIC(NumDCEDeleted,     "Number of instructions deleted by DCE");
  28 STATISTIC(NumDCEFoldedLoads, "Number of single use loads folded after DCE");
  29 STATISTIC(NumFracRanges,     "Number of live ranges fractured by DCE");
  30
  31 void LiveRangeEdit::Delegate::anchor() { }
  32
  33 LiveInterval &LiveRangeEdit::createFrom(unsigned OldReg) {
  34   unsigned VReg = MRI.createVirtualRegister(MRI.getRegClass(OldReg));
  35   if (VRM) {
  36     VRM->grow();
  37     VRM->setIsSplitFromReg(VReg, VRM->getOriginal(OldReg));
  38   }
  39   LiveInterval &LI = LIS.getOrCreateInterval(VReg);
  40   NewRegs.push_back(&LI);
  41   return LI;
  42 }
  43
  44 bool LiveRangeEdit::checkRematerializable(VNInfo *VNI,
  45                                           const MachineInstr *DefMI,
  46                                           AliasAnalysis *aa) {
  47   assert(DefMI && "Missing instruction");
  48   ScannedRemattable = true;
  49   if (!TII.isTriviallyReMaterializable(DefMI, aa))
  50     return false;
  51   Remattable.insert(VNI);
  52   return true;
  53 }
  54
  55 void LiveRangeEdit::scanRemattable(AliasAnalysis *aa) {
  56   for (LiveInterval::vni_iterator I = getParent().vni_begin(),
  57        E = getParent().vni_end(); I != E; ++I) {
  58     VNInfo *VNI = *I;
  59     if (VNI->isUnused())
  60       continue;
  61     MachineInstr *DefMI = LIS.getInstructionFromIndex(VNI->def);
  62     if (!DefMI)
  63       continue;
  64     checkRematerializable(VNI, DefMI, aa);
  65   }
  66   ScannedRemattable = true;
  67 }
  68
  69 bool LiveRangeEdit::anyRematerializable(AliasAnalysis *aa) {
  70   if (!ScannedRemattable)
  71     scanRemattable(aa);
  72   return !Remattable.empty();
  73 }
  74
  75 /// allUsesAvailableAt - Return true if all registers used by OrigMI at
  76 /// OrigIdx are also available with the same value at UseIdx.
  77 bool LiveRangeEdit::allUsesAvailableAt(const MachineInstr *OrigMI,
  78                                        SlotIndex OrigIdx,
  79                                        SlotIndex UseIdx) const {
  80   OrigIdx = OrigIdx.getRegSlot(true);
  81   UseIdx = UseIdx.getRegSlot(true);
  82   for (unsigned i = 0, e = OrigMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
  83     const MachineOperand &MO = OrigMI->getOperand(i);
  84     if (!MO.isReg() || !MO.getReg() || !MO.readsReg())
  85       continue;
  86
  87     // We can't remat physreg uses, unless it is a constant.
  88     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg())) {
  89       if (MRI.isConstantPhysReg(MO.getReg(), *OrigMI->getParent()->getParent()))
  90         continue;
  91       return false;
  92     }
  93
  94     LiveInterval &li = LIS.getInterval(MO.getReg());
  95     const VNInfo *OVNI = li.getVNInfoAt(OrigIdx);
  96     if (!OVNI)
  97       continue;
  98
  99     // Don't allow rematerialization immediately after the original def.
 100     // It would be incorrect if OrigMI redefines the register.
 101     // See PR14098.
 102     if (SlotIndex::isSameInstr(OrigIdx, UseIdx))
 103       return false;
 104
 105     if (OVNI != li.getVNInfoAt(UseIdx))
 106       return false;
 107   }
 108   return true;
 109 }
 110
 111 bool LiveRangeEdit::canRematerializeAt(Remat &RM,
 112                                        SlotIndex UseIdx,
 113                                        bool cheapAsAMove) {
 114   assert(ScannedRemattable && "Call anyRematerializable first");
 115
 116   // Use scanRemattable info.
 117   if (!Remattable.count(RM.ParentVNI))
 118     return false;
 119
 120   // No defining instruction provided.
 121   SlotIndex DefIdx;
 122   if (RM.OrigMI)
 123     DefIdx = LIS.getInstructionIndex(RM.OrigMI);
 124   else {
 125     DefIdx = RM.ParentVNI->def;
 126     RM.OrigMI = LIS.getInstructionFromIndex(DefIdx);
 127     assert(RM.OrigMI && "No defining instruction for remattable value");
 128   }
 129
 130   // If only cheap remats were requested, bail out early.
 131   if (cheapAsAMove && !RM.OrigMI->isAsCheapAsAMove())
 132     return false;
 133
 134   // Verify that all used registers are available with the same values.
 135   if (!allUsesAvailableAt(RM.OrigMI, DefIdx, UseIdx))
 136     return false;
 137
 138   return true;
 139 }
 140
 141 SlotIndex LiveRangeEdit::rematerializeAt(MachineBasicBlock &MBB,
 142                                          MachineBasicBlock::iterator MI,
 143                                          unsigned DestReg,
 144                                          const Remat &RM,
 145                                          const TargetRegisterInfo &tri,
 146                                          bool Late) {
 147   assert(RM.OrigMI && "Invalid remat");
 148   TII.reMaterialize(MBB, MI, DestReg, 0, RM.OrigMI, tri);
 149   Rematted.insert(RM.ParentVNI);
 150   return LIS.getSlotIndexes()->insertMachineInstrInMaps(--MI, Late)
 151            .getRegSlot();
 152 }
 153
 154 void LiveRangeEdit::eraseVirtReg(unsigned Reg) {
 155   if (TheDelegate && TheDelegate->LRE_CanEraseVirtReg(Reg))
 156     LIS.removeInterval(Reg);
 157 }
 158
 159 bool LiveRangeEdit::foldAsLoad(LiveInterval *LI,
 160                                SmallVectorImpl<MachineInstr*> &Dead) {
 161   MachineInstr *DefMI = 0, *UseMI = 0;
 162
 163   // Check that there is a single def and a single use.
 164   for (MachineRegisterInfo::reg_nodbg_iterator I = MRI.reg_nodbg_begin(LI->reg),
 165        E = MRI.reg_nodbg_end(); I != E; ++I) {
 166     MachineOperand &MO = I.getOperand();
 167     MachineInstr *MI = MO.getParent();
 168     if (MO.isDef()) {
 169       if (DefMI && DefMI != MI)
 170         return false;
 171       if (!MI->canFoldAsLoad())
 172         return false;
 173       DefMI = MI;
 174     } else if (!MO.isUndef()) {
 175       if (UseMI && UseMI != MI)
 176         return false;
 177       // FIXME: Targets don't know how to fold subreg uses.
 178       if (MO.getSubReg())
 179         return false;
 180       UseMI = MI;
 181     }
 182   }
 183   if (!DefMI || !UseMI)
 184     return false;
 185
 186   // Since we're moving the DefMI load, make sure we're not extending any live
 187   // ranges.
 188   if (!allUsesAvailableAt(DefMI,
 189                           LIS.getInstructionIndex(DefMI),
 190                           LIS.getInstructionIndex(UseMI)))
 191     return false;
 192
 193   // We also need to make sure it is safe to move the load.
 194   // Assume there are stores between DefMI and UseMI.
 195   bool SawStore = true;
 196   if (!DefMI->isSafeToMove(&TII, 0, SawStore))
 197     return false;
 198
 199   DEBUG(dbgs() << "Try to fold single def: " << *DefMI
 200                << "       into single use: " << *UseMI);
 201
 202   SmallVector<unsigned, 8> Ops;
 203   if (UseMI->readsWritesVirtualRegister(LI->reg, &Ops).second)
 204     return false;
 205
 206   MachineInstr *FoldMI = TII.foldMemoryOperand(UseMI, Ops, DefMI);
 207   if (!FoldMI)
 208     return false;
 209   DEBUG(dbgs() << "                folded: " << *FoldMI);
 210   LIS.ReplaceMachineInstrInMaps(UseMI, FoldMI);
 211   UseMI->eraseFromParent();
 212   DefMI->addRegisterDead(LI->reg, 0);
 213   Dead.push_back(DefMI);
 214   ++NumDCEFoldedLoads;
 215   return true;
 216 }
 217
 218 /// Find all live intervals that need to shrink, then remove the instruction.
 219 void LiveRangeEdit::eliminateDeadDef(MachineInstr *MI, ToShrinkSet &ToShrink) {
 220   assert(MI->allDefsAreDead() && "Def isn't really dead");
 221   SlotIndex Idx = LIS.getInstructionIndex(MI).getRegSlot();
 222
 223   // Never delete inline asm.
 224   if (MI->isInlineAsm()) {
 225     DEBUG(dbgs() << "Won't delete: " << Idx << '\t' << *MI);
 226     return;
 227   }
 228
 229   // Use the same criteria as DeadMachineInstructionElim.
 230   bool SawStore = false;
 231   if (!MI->isSafeToMove(&TII, 0, SawStore)) {
 232     DEBUG(dbgs() << "Can't delete: " << Idx << '\t' << *MI);
 233     return;
 234   }
 235
 236   DEBUG(dbgs() << "Deleting dead def " << Idx << '\t' << *MI);
 237
 238   // Collect virtual registers to be erased after MI is gone.
 239   SmallVector<unsigned, 8> RegsToErase;
 240   bool ReadsPhysRegs = false;
 241
 242   // Check for live intervals that may shrink
 243   for (MachineInstr::mop_iterator MOI = MI->operands_begin(),
 244          MOE = MI->operands_end(); MOI != MOE; ++MOI) {
 245     if (!MOI->isReg())
 246       continue;
 247     unsigned Reg = MOI->getReg();
 248     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
 249       // Check if MI reads any unreserved physregs.
 250       if (Reg && MOI->readsReg() && !MRI.isReserved(Reg))
 251         ReadsPhysRegs = true;
 252       continue;
 253     }
 254     LiveInterval &LI = LIS.getInterval(Reg);
 255
 256     // Shrink read registers, unless it is likely to be expensive and
 257     // unlikely to change anything. We typically don't want to shrink the
 258     // PIC base register that has lots of uses everywhere.
 259     // Always shrink COPY uses that probably come from live range splitting.
 260     if (MI->readsVirtualRegister(Reg) &&
 261         (MI->isCopy() || MOI->isDef() || MRI.hasOneNonDBGUse(Reg) ||
 262          LI.killedAt(Idx)))
 263       ToShrink.insert(&LI);
 264
 265     // Remove defined value.
 266     if (MOI->isDef()) {
 267       if (VNInfo *VNI = LI.getVNInfoAt(Idx)) {
 268         if (TheDelegate)
 269           TheDelegate->LRE_WillShrinkVirtReg(LI.reg);
 270         LI.removeValNo(VNI);
 271         if (LI.empty())
 272           RegsToErase.push_back(Reg);
 273       }
 274     }
 275   }
 276
 277   // Currently, we don't support DCE of physreg live ranges. If MI reads
 278   // any unreserved physregs, don't erase the instruction, but turn it into
 279   // a KILL instead. This way, the physreg live ranges don't end up
 280   // dangling.
 281   // FIXME: It would be better to have something like shrinkToUses() for
 282   // physregs. That could potentially enable more DCE and it would free up
 283   // the physreg. It would not happen often, though.
 284   if (ReadsPhysRegs) {
 285     MI->setDesc(TII.get(TargetOpcode::KILL));
 286     // Remove all operands that aren't physregs.
 287     for (unsigned i = MI->getNumOperands(); i; --i) {
 288       const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i-1);
 289       if (MO.isReg() && TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg()))
 290         continue;
 291       MI->RemoveOperand(i-1);
 292     }
 293     DEBUG(dbgs() << "Converted physregs to:\t" << *MI);
 294   } else {
 295     if (TheDelegate)
 296       TheDelegate->LRE_WillEraseInstruction(MI);
 297     LIS.RemoveMachineInstrFromMaps(MI);
 298     MI->eraseFromParent();
 299     ++NumDCEDeleted;
 300   }
 301
 302   // Erase any virtregs that are now empty and unused. There may be <undef>
 303   // uses around. Keep the empty live range in that case.
 304   for (unsigned i = 0, e = RegsToErase.size(); i != e; ++i) {
 305     unsigned Reg = RegsToErase[i];
 306     if (LIS.hasInterval(Reg) && MRI.reg_nodbg_empty(Reg)) {
 307       ToShrink.remove(&LIS.getInterval(Reg));
 308       eraseVirtReg(Reg);
 309     }
 310   }
 311 }
 312
 313 void LiveRangeEdit::eliminateDeadDefs(SmallVectorImpl<MachineInstr*> &Dead,
 314                                       ArrayRef<unsigned> RegsBeingSpilled) {
 315   ToShrinkSet ToShrink;
 316
 317   for (;;) {
 318     // Erase all dead defs.
 319     while (!Dead.empty())
 320       eliminateDeadDef(Dead.pop_back_val(), ToShrink);
 321
 322     if (ToShrink.empty())
 323       break;
 324
 325     // Shrink just one live interval. Then delete new dead defs.
 326     LiveInterval *LI = ToShrink.back();
 327     ToShrink.pop_back();
 328     if (foldAsLoad(LI, Dead))
 329       continue;
 330     if (TheDelegate)
 331       TheDelegate->LRE_WillShrinkVirtReg(LI->reg);
 332     if (!LIS.shrinkToUses(LI, &Dead))
 333       continue;
 334
 335     // Don't create new intervals for a register being spilled.
 336     // The new intervals would have to be spilled anyway so its not worth it.
 337     // Also they currently aren't spilled so creating them and not spilling
 338     // them results in incorrect code.
 339     bool BeingSpilled = false;
 340     for (unsigned i = 0, e = RegsBeingSpilled.size(); i != e; ++i) {
 341       if (LI->reg == RegsBeingSpilled[i]) {
 342         BeingSpilled = true;
 343         break;
 344       }
 345     }
 346
 347     if (BeingSpilled) continue;
 348
 349     // LI may have been separated, create new intervals.
 350     LI->RenumberValues(LIS);
 351     ConnectedVNInfoEqClasses ConEQ(LIS);
 352     unsigned NumComp = ConEQ.Classify(LI);
 353     if (NumComp <= 1)
 354       continue;
 355     ++NumFracRanges;
 356     bool IsOriginal = VRM && VRM->getOriginal(LI->reg) == LI->reg;
 357     DEBUG(dbgs() << NumComp << " components: " << *LI << '\n');
 358     SmallVector<LiveInterval*, 8> Dups(1, LI);
 359     for (unsigned i = 1; i != NumComp; ++i) {
 360       Dups.push_back(&createFrom(LI->reg));
 361       // If LI is an original interval that hasn't been split yet, make the new
 362       // intervals their own originals instead of referring to LI. The original
 363       // interval must contain all the split products, and LI doesn't.
 364       if (IsOriginal)
 365         VRM->setIsSplitFromReg(Dups.back()->reg, 0);
 366       if (TheDelegate)
 367         TheDelegate->LRE_DidCloneVirtReg(Dups.back()->reg, LI->reg);
 368     }
 369     ConEQ.Distribute(&Dups[0], MRI);
 370     DEBUG({
 371       for (unsigned i = 0; i != NumComp; ++i)
 372         dbgs() << '\t' << *Dups[i] << '\n';
 373     });
 374   }
 375 }
 376
 377 void
 378 LiveRangeEdit::calculateRegClassAndHint(MachineFunction &MF,
 379                                         const MachineLoopInfo &Loops,
 380                                         const MachineBlockFrequencyInfo &MBFI) {
 381   VirtRegAuxInfo VRAI(MF, LIS, Loops, MBFI);
 382   for (iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
 383     LiveInterval &LI = **I;
 384     if (MRI.recomputeRegClass(LI.reg, MF.getTarget()))
 385       DEBUG(dbgs() << "Inflated " << PrintReg(LI.reg) << " to "
 386                    << MRI.getRegClass(LI.reg)->getName() << '\n');
 387     VRAI.CalculateWeightAndHint(LI);
 388   }
 389 }