MachineBasicBlock: Factor out common code into isReturnBlock()
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / PrologEpilogInserter.cpp
1 //===-- PrologEpilogInserter.cpp - Insert Prolog/Epilog code in function --===//
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 pass is responsible for finalizing the functions frame layout, saving
11 // callee saved registers, and for emitting prolog & epilog code for the
12 // function.
13 //
14 // This pass must be run after register allocation.  After this pass is
15 // executed, it is illegal to construct MO_FrameIndex operands.
16 //
17 //===----------------------------------------------------------------------===//
18
19 #include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
20 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
21 #include "llvm/ADT/SetVector.h"
22 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
24 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
25 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
26 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
27 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
28 #include "llvm/CodeGen/MachineModuleInfo.h"
29 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
30 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
31 #include "llvm/CodeGen/RegisterScavenging.h"
32 #include "llvm/CodeGen/StackProtector.h"
33 #include "llvm/CodeGen/WinEHFuncInfo.h"
34 #include "llvm/IR/DiagnosticInfo.h"
35 #include "llvm/IR/InlineAsm.h"
36 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
37 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
38 #include "llvm/Support/Compiler.h"
39 #include "llvm/Support/Debug.h"
40 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
41 #include "llvm/Target/TargetFrameLowering.h"
42 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
43 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
44 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
45 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
46 #include <climits>
47
48 using namespace llvm;
49
50 #define DEBUG_TYPE "pei"
51
52 namespace {
53 class PEI : public MachineFunctionPass {
54 public:
55   static char ID;
56   PEI() : MachineFunctionPass(ID) {
57     initializePEIPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
58   }
59
60   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
61
62   /// runOnMachineFunction - Insert prolog/epilog code and replace abstract
63   /// frame indexes with appropriate references.
64   ///
65   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) override;
66
67 private:
68   RegScavenger *RS;
69
70   // MinCSFrameIndex, MaxCSFrameIndex - Keeps the range of callee saved
71   // stack frame indexes.
72   unsigned MinCSFrameIndex, MaxCSFrameIndex;
73
74   // Save and Restore blocks of the current function. Typically there is a
75   // single save block, unless Windows EH funclets are involved.
76   SmallVector<MachineBasicBlock *, 1> SaveBlocks;
77   SmallVector<MachineBasicBlock *, 4> RestoreBlocks;
78
79   // Flag to control whether to use the register scavenger to resolve
80   // frame index materialization registers. Set according to
81   // TRI->requiresFrameIndexScavenging() for the current function.
82   bool FrameIndexVirtualScavenging;
83
84   void calculateSets(MachineFunction &Fn);
85   void calculateCallsInformation(MachineFunction &Fn);
86   void assignCalleeSavedSpillSlots(MachineFunction &Fn,
87                                    const BitVector &SavedRegs);
88   void insertCSRSpillsAndRestores(MachineFunction &Fn);
89   void calculateFrameObjectOffsets(MachineFunction &Fn);
90   void replaceFrameIndices(MachineFunction &Fn);
91   void replaceFrameIndices(MachineBasicBlock *BB, MachineFunction &Fn,
92                            int &SPAdj);
93   void scavengeFrameVirtualRegs(MachineFunction &Fn);
94   void insertPrologEpilogCode(MachineFunction &Fn);
95 };
96 } // namespace
97
98 char PEI::ID = 0;
99 char &llvm::PrologEpilogCodeInserterID = PEI::ID;
100
101 static cl::opt<unsigned>
102 WarnStackSize("warn-stack-size", cl::Hidden, cl::init((unsigned)-1),
103               cl::desc("Warn for stack size bigger than the given"
104                        " number"));
105
106 INITIALIZE_PASS_BEGIN(PEI, "prologepilog",
107                 "Prologue/Epilogue Insertion", false, false)
108 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
109 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineDominatorTree)
110 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(StackProtector)
111 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TargetPassConfig)
112 INITIALIZE_PASS_END(PEI, "prologepilog",
113                     "Prologue/Epilogue Insertion & Frame Finalization",
114                     false, false)
115
116 STATISTIC(NumScavengedRegs, "Number of frame index regs scavenged");
117 STATISTIC(NumBytesStackSpace,
118           "Number of bytes used for stack in all functions");
119
120 void PEI::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
121   AU.setPreservesCFG();
122   AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
123   AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
124   AU.addRequired<StackProtector>();
125   AU.addRequired<TargetPassConfig>();
126   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
127 }
128
129 /// Compute the set of return blocks
130 void PEI::calculateSets(MachineFunction &Fn) {
131   const MachineFrameInfo *MFI = Fn.getFrameInfo();
132
133   // Even when we do not change any CSR, we still want to insert the
134   // prologue and epilogue of the function.
135   // So set the save points for those.
136
137   // Use the points found by shrink-wrapping, if any.
138   if (MFI->getSavePoint()) {
139     SaveBlocks.push_back(MFI->getSavePoint());
140     assert(MFI->getRestorePoint() && "Both restore and save must be set");
141     MachineBasicBlock *RestoreBlock = MFI->getRestorePoint();
142     // If RestoreBlock does not have any successor and is not a return block
143     // then the end point is unreachable and we do not need to insert any
144     // epilogue.
145     if (!RestoreBlock->succ_empty() || RestoreBlock->isReturnBlock())
146       RestoreBlocks.push_back(RestoreBlock);
147     return;
148   }
149
150   // Save refs to entry and return blocks.
151   SaveBlocks.push_back(Fn.begin());
152   for (MachineBasicBlock &MBB : Fn) {
153     if (MBB.isEHFuncletEntry())
154       SaveBlocks.push_back(&MBB);
155     if (MBB.isReturnBlock())
156       RestoreBlocks.push_back(&MBB);
157   }
158 }
159
160 /// StackObjSet - A set of stack object indexes
161 typedef SmallSetVector<int, 8> StackObjSet;
162
163 /// runOnMachineFunction - Insert prolog/epilog code and replace abstract
164 /// frame indexes with appropriate references.
165 ///
166 bool PEI::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
167   const Function* F = Fn.getFunction();
168   const TargetRegisterInfo *TRI = Fn.getSubtarget().getRegisterInfo();
169   const TargetFrameLowering *TFI = Fn.getSubtarget().getFrameLowering();
170
171   assert(!Fn.getRegInfo().getNumVirtRegs() && "Regalloc must assign all vregs");
172
173   RS = TRI->requiresRegisterScavenging(Fn) ? new RegScavenger() : nullptr;
174   FrameIndexVirtualScavenging = TRI->requiresFrameIndexScavenging(Fn);
175
176   // Calculate the MaxCallFrameSize and AdjustsStack variables for the
177   // function's frame information. Also eliminates call frame pseudo
178   // instructions.
179   calculateCallsInformation(Fn);
180
181   // Determine which of the registers in the callee save list should be saved.
182   BitVector SavedRegs;
183   TFI->determineCalleeSaves(Fn, SavedRegs, RS);
184
185   // Insert spill code for any callee saved registers that are modified.
186   assignCalleeSavedSpillSlots(Fn, SavedRegs);
187
188   // Determine placement of CSR spill/restore code:
189   // place all spills in the entry block, all restores in return blocks.
190   calculateSets(Fn);
191
192   // Add the code to save and restore the callee saved registers.
193   if (!F->hasFnAttribute(Attribute::Naked))
194     insertCSRSpillsAndRestores(Fn);
195
196   // Allow the target machine to make final modifications to the function
197   // before the frame layout is finalized.
198   TFI->processFunctionBeforeFrameFinalized(Fn, RS);
199
200   // Calculate actual frame offsets for all abstract stack objects...
201   calculateFrameObjectOffsets(Fn);
202
203   // Add prolog and epilog code to the function.  This function is required
204   // to align the stack frame as necessary for any stack variables or
205   // called functions.  Because of this, calculateCalleeSavedRegisters()
206   // must be called before this function in order to set the AdjustsStack
207   // and MaxCallFrameSize variables.
208   if (!F->hasFnAttribute(Attribute::Naked))
209     insertPrologEpilogCode(Fn);
210
211   // Replace all MO_FrameIndex operands with physical register references
212   // and actual offsets.
213   //
214   replaceFrameIndices(Fn);
215
216   // If register scavenging is needed, as we've enabled doing it as a
217   // post-pass, scavenge the virtual registers that frame index elimination
218   // inserted.
219   if (TRI->requiresRegisterScavenging(Fn) && FrameIndexVirtualScavenging)
220     scavengeFrameVirtualRegs(Fn);
221
222   // Clear any vregs created by virtual scavenging.
223   Fn.getRegInfo().clearVirtRegs();
224
225   // Warn on stack size when we exceeds the given limit.
226   MachineFrameInfo *MFI = Fn.getFrameInfo();
227   uint64_t StackSize = MFI->getStackSize();
228   if (WarnStackSize.getNumOccurrences() > 0 && WarnStackSize < StackSize) {
229     DiagnosticInfoStackSize DiagStackSize(*F, StackSize);
230     F->getContext().diagnose(DiagStackSize);
231   }
232
233   delete RS;
234   SaveBlocks.clear();
235   RestoreBlocks.clear();
236   return true;
237 }
238
239 /// calculateCallsInformation - Calculate the MaxCallFrameSize and AdjustsStack
240 /// variables for the function's frame information and eliminate call frame
241 /// pseudo instructions.
242 void PEI::calculateCallsInformation(MachineFunction &Fn) {
243   const TargetInstrInfo &TII = *Fn.getSubtarget().getInstrInfo();
244   const TargetFrameLowering *TFI = Fn.getSubtarget().getFrameLowering();
245   MachineFrameInfo *MFI = Fn.getFrameInfo();
246
247   unsigned MaxCallFrameSize = 0;
248   bool AdjustsStack = MFI->adjustsStack();
249
250   // Get the function call frame set-up and tear-down instruction opcode
251   unsigned FrameSetupOpcode = TII.getCallFrameSetupOpcode();
252   unsigned FrameDestroyOpcode = TII.getCallFrameDestroyOpcode();
253
254   // Early exit for targets which have no call frame setup/destroy pseudo
255   // instructions.
256   if (FrameSetupOpcode == ~0u && FrameDestroyOpcode == ~0u)
257     return;
258
259   std::vector<MachineBasicBlock::iterator> FrameSDOps;
260   for (MachineFunction::iterator BB = Fn.begin(), E = Fn.end(); BB != E; ++BB)
261     for (MachineBasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ++I)
262       if (I->getOpcode() == FrameSetupOpcode ||
263           I->getOpcode() == FrameDestroyOpcode) {
264         assert(I->getNumOperands() >= 1 && "Call Frame Setup/Destroy Pseudo"
265                " instructions should have a single immediate argument!");
266         unsigned Size = I->getOperand(0).getImm();
267         if (Size > MaxCallFrameSize) MaxCallFrameSize = Size;
268         AdjustsStack = true;
269         FrameSDOps.push_back(I);
270       } else if (I->isInlineAsm()) {
271         // Some inline asm's need a stack frame, as indicated by operand 1.
272         unsigned ExtraInfo = I->getOperand(InlineAsm::MIOp_ExtraInfo).getImm();
273         if (ExtraInfo & InlineAsm::Extra_IsAlignStack)
274           AdjustsStack = true;
275       }
276
277   MFI->setAdjustsStack(AdjustsStack);
278   MFI->setMaxCallFrameSize(MaxCallFrameSize);
279
280   for (std::vector<MachineBasicBlock::iterator>::iterator
281          i = FrameSDOps.begin(), e = FrameSDOps.end(); i != e; ++i) {
282     MachineBasicBlock::iterator I = *i;
283
284     // If call frames are not being included as part of the stack frame, and
285     // the target doesn't indicate otherwise, remove the call frame pseudos
286     // here. The sub/add sp instruction pairs are still inserted, but we don't
287     // need to track the SP adjustment for frame index elimination.
288     if (TFI->canSimplifyCallFramePseudos(Fn))
289       TFI->eliminateCallFramePseudoInstr(Fn, *I->getParent(), I);
290   }
291 }
292
293 void PEI::assignCalleeSavedSpillSlots(MachineFunction &F,
294                                       const BitVector &SavedRegs) {
295   // These are used to keep track the callee-save area. Initialize them.
296   MinCSFrameIndex = INT_MAX;
297   MaxCSFrameIndex = 0;
298
299   if (SavedRegs.empty())
300     return;
301
302   const TargetRegisterInfo *RegInfo = F.getSubtarget().getRegisterInfo();
303   const MCPhysReg *CSRegs = RegInfo->getCalleeSavedRegs(&F);
304
305   std::vector<CalleeSavedInfo> CSI;
306   for (unsigned i = 0; CSRegs[i]; ++i) {
307     unsigned Reg = CSRegs[i];
308     if (SavedRegs.test(Reg))
309       CSI.push_back(CalleeSavedInfo(Reg));
310   }
311
312   const TargetFrameLowering *TFI = F.getSubtarget().getFrameLowering();
313   MachineFrameInfo *MFI = F.getFrameInfo();
314   if (!TFI->assignCalleeSavedSpillSlots(F, RegInfo, CSI)) {
315     // If target doesn't implement this, use generic code.
316
317     if (CSI.empty())
318       return; // Early exit if no callee saved registers are modified!
319
320     unsigned NumFixedSpillSlots;
321     const TargetFrameLowering::SpillSlot *FixedSpillSlots =
322         TFI->getCalleeSavedSpillSlots(NumFixedSpillSlots);
323
324     // Now that we know which registers need to be saved and restored, allocate
325     // stack slots for them.
326     for (std::vector<CalleeSavedInfo>::iterator I = CSI.begin(), E = CSI.end();
327          I != E; ++I) {
328       unsigned Reg = I->getReg();
329       const TargetRegisterClass *RC = RegInfo->getMinimalPhysRegClass(Reg);
330
331       int FrameIdx;
332       if (RegInfo->hasReservedSpillSlot(F, Reg, FrameIdx)) {
333         I->setFrameIdx(FrameIdx);
334         continue;
335       }
336
337       // Check to see if this physreg must be spilled to a particular stack slot
338       // on this target.
339       const TargetFrameLowering::SpillSlot *FixedSlot = FixedSpillSlots;
340       while (FixedSlot != FixedSpillSlots + NumFixedSpillSlots &&
341              FixedSlot->Reg != Reg)
342         ++FixedSlot;
343
344       if (FixedSlot == FixedSpillSlots + NumFixedSpillSlots) {
345         // Nope, just spill it anywhere convenient.
346         unsigned Align = RC->getAlignment();
347         unsigned StackAlign = TFI->getStackAlignment();
348
349         // We may not be able to satisfy the desired alignment specification of
350         // the TargetRegisterClass if the stack alignment is smaller. Use the
351         // min.
352         Align = std::min(Align, StackAlign);
353         FrameIdx = MFI->CreateStackObject(RC->getSize(), Align, true);
354         if ((unsigned)FrameIdx < MinCSFrameIndex) MinCSFrameIndex = FrameIdx;
355         if ((unsigned)FrameIdx > MaxCSFrameIndex) MaxCSFrameIndex = FrameIdx;
356       } else {
357         // Spill it to the stack where we must.
358         FrameIdx =
359             MFI->CreateFixedSpillStackObject(RC->getSize(), FixedSlot->Offset);
360       }
361
362       I->setFrameIdx(FrameIdx);
363     }
364   }
365
366   MFI->setCalleeSavedInfo(CSI);
367 }
368
369 /// Helper function to update the liveness information for the callee-saved
370 /// registers.
371 static void updateLiveness(MachineFunction &MF) {
372   MachineFrameInfo *MFI = MF.getFrameInfo();
373   // Visited will contain all the basic blocks that are in the region
374   // where the callee saved registers are alive:
375   // - Anything that is not Save or Restore -> LiveThrough.
376   // - Save -> LiveIn.
377   // - Restore -> LiveOut.
378   // The live-out is not attached to the block, so no need to keep
379   // Restore in this set.
380   SmallPtrSet<MachineBasicBlock *, 8> Visited;
381   SmallVector<MachineBasicBlock *, 8> WorkList;
382   MachineBasicBlock *Entry = &MF.front();
383   MachineBasicBlock *Save = MFI->getSavePoint();
384
385   if (!Save)
386     Save = Entry;
387
388   if (Entry != Save) {
389     WorkList.push_back(Entry);
390     Visited.insert(Entry);
391   }
392   Visited.insert(Save);
393
394   MachineBasicBlock *Restore = MFI->getRestorePoint();
395   if (Restore)
396     // By construction Restore cannot be visited, otherwise it
397     // means there exists a path to Restore that does not go
398     // through Save.
399     WorkList.push_back(Restore);
400
401   while (!WorkList.empty()) {
402     const MachineBasicBlock *CurBB = WorkList.pop_back_val();
403     // By construction, the region that is after the save point is
404     // dominated by the Save and post-dominated by the Restore.
405     if (CurBB == Save)
406       continue;
407     // Enqueue all the successors not already visited.
408     // Those are by construction either before Save or after Restore.
409     for (MachineBasicBlock *SuccBB : CurBB->successors())
410       if (Visited.insert(SuccBB).second)
411         WorkList.push_back(SuccBB);
412   }
413
414   const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI = MFI->getCalleeSavedInfo();
415
416   for (unsigned i = 0, e = CSI.size(); i != e; ++i) {
417     for (MachineBasicBlock *MBB : Visited)
418       // Add the callee-saved register as live-in.
419       // It's killed at the spill.
420       MBB->addLiveIn(CSI[i].getReg());
421   }
422 }
423
424 /// insertCSRSpillsAndRestores - Insert spill and restore code for
425 /// callee saved registers used in the function.
426 ///
427 void PEI::insertCSRSpillsAndRestores(MachineFunction &Fn) {
428   // Get callee saved register information.
429   MachineFrameInfo *MFI = Fn.getFrameInfo();
430   const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI = MFI->getCalleeSavedInfo();
431
432   MFI->setCalleeSavedInfoValid(true);
433
434   // Early exit if no callee saved registers are modified!
435   if (CSI.empty())
436     return;
437
438   const TargetInstrInfo &TII = *Fn.getSubtarget().getInstrInfo();
439   const TargetFrameLowering *TFI = Fn.getSubtarget().getFrameLowering();
440   const TargetRegisterInfo *TRI = Fn.getSubtarget().getRegisterInfo();
441   MachineBasicBlock::iterator I;
442
443   // Spill using target interface.
444   for (MachineBasicBlock *SaveBlock : SaveBlocks) {
445     I = SaveBlock->begin();
446     if (!TFI->spillCalleeSavedRegisters(*SaveBlock, I, CSI, TRI)) {
447       for (unsigned i = 0, e = CSI.size(); i != e; ++i) {
448         // Insert the spill to the stack frame.
449         unsigned Reg = CSI[i].getReg();
450         const TargetRegisterClass *RC = TRI->getMinimalPhysRegClass(Reg);
451         TII.storeRegToStackSlot(*SaveBlock, I, Reg, true, CSI[i].getFrameIdx(),
452                                 RC, TRI);
453       }
454     }
455     // Update the live-in information of all the blocks up to the save point.
456     updateLiveness(Fn);
457   }
458
459   // Restore using target interface.
460   for (MachineBasicBlock *MBB : RestoreBlocks) {
461     I = MBB->end();
462
463     // Skip over all terminator instructions, which are part of the return
464     // sequence.
465     MachineBasicBlock::iterator I2 = I;
466     while (I2 != MBB->begin() && (--I2)->isTerminator())
467       I = I2;
468
469     bool AtStart = I == MBB->begin();
470     MachineBasicBlock::iterator BeforeI = I;
471     if (!AtStart)
472       --BeforeI;
473
474     // Restore all registers immediately before the return and any
475     // terminators that precede it.
476     if (!TFI->restoreCalleeSavedRegisters(*MBB, I, CSI, TRI)) {
477       for (unsigned i = 0, e = CSI.size(); i != e; ++i) {
478         unsigned Reg = CSI[i].getReg();
479         const TargetRegisterClass *RC = TRI->getMinimalPhysRegClass(Reg);
480         TII.loadRegFromStackSlot(*MBB, I, Reg, CSI[i].getFrameIdx(), RC, TRI);
481         assert(I != MBB->begin() &&
482                "loadRegFromStackSlot didn't insert any code!");
483         // Insert in reverse order.  loadRegFromStackSlot can insert
484         // multiple instructions.
485         if (AtStart)
486           I = MBB->begin();
487         else {
488           I = BeforeI;
489           ++I;
490         }
491       }
492     }
493   }
494 }
495
496 /// AdjustStackOffset - Helper function used to adjust the stack frame offset.
497 static inline void
498 AdjustStackOffset(MachineFrameInfo *MFI, int FrameIdx,
499                   bool StackGrowsDown, int64_t &Offset,
500                   unsigned &MaxAlign) {
501   // If the stack grows down, add the object size to find the lowest address.
502   if (StackGrowsDown)
503     Offset += MFI->getObjectSize(FrameIdx);
504
505   unsigned Align = MFI->getObjectAlignment(FrameIdx);
506
507   // If the alignment of this object is greater than that of the stack, then
508   // increase the stack alignment to match.
509   MaxAlign = std::max(MaxAlign, Align);
510
511   // Adjust to alignment boundary.
512   Offset = RoundUpToAlignment(Offset, Align);
513
514   if (StackGrowsDown) {
515     DEBUG(dbgs() << "alloc FI(" << FrameIdx << ") at SP[" << -Offset << "]\n");
516     MFI->setObjectOffset(FrameIdx, -Offset); // Set the computed offset
517   } else {
518     DEBUG(dbgs() << "alloc FI(" << FrameIdx << ") at SP[" << Offset << "]\n");
519     MFI->setObjectOffset(FrameIdx, Offset);
520     Offset += MFI->getObjectSize(FrameIdx);
521   }
522 }
523
524 /// AssignProtectedObjSet - Helper function to assign large stack objects (i.e.,
525 /// those required to be close to the Stack Protector) to stack offsets.
526 static void
527 AssignProtectedObjSet(const StackObjSet &UnassignedObjs,
528                       SmallSet<int, 16> &ProtectedObjs,
529                       MachineFrameInfo *MFI, bool StackGrowsDown,
530                       int64_t &Offset, unsigned &MaxAlign) {
531
532   for (StackObjSet::const_iterator I = UnassignedObjs.begin(),
533         E = UnassignedObjs.end(); I != E; ++I) {
534     int i = *I;
535     AdjustStackOffset(MFI, i, StackGrowsDown, Offset, MaxAlign);
536     ProtectedObjs.insert(i);
537   }
538 }
539
540 /// calculateFrameObjectOffsets - Calculate actual frame offsets for all of the
541 /// abstract stack objects.
542 ///
543 void PEI::calculateFrameObjectOffsets(MachineFunction &Fn) {
544   const TargetFrameLowering &TFI = *Fn.getSubtarget().getFrameLowering();
545   StackProtector *SP = &getAnalysis<StackProtector>();
546
547   bool StackGrowsDown =
548     TFI.getStackGrowthDirection() == TargetFrameLowering::StackGrowsDown;
549
550   // Loop over all of the stack objects, assigning sequential addresses...
551   MachineFrameInfo *MFI = Fn.getFrameInfo();
552
553   // Start at the beginning of the local area.
554   // The Offset is the distance from the stack top in the direction
555   // of stack growth -- so it's always nonnegative.
556   int LocalAreaOffset = TFI.getOffsetOfLocalArea();
557   if (StackGrowsDown)
558     LocalAreaOffset = -LocalAreaOffset;
559   assert(LocalAreaOffset >= 0
560          && "Local area offset should be in direction of stack growth");
561   int64_t Offset = LocalAreaOffset;
562
563   // If there are fixed sized objects that are preallocated in the local area,
564   // non-fixed objects can't be allocated right at the start of local area.
565   // We currently don't support filling in holes in between fixed sized
566   // objects, so we adjust 'Offset' to point to the end of last fixed sized
567   // preallocated object.
568   for (int i = MFI->getObjectIndexBegin(); i != 0; ++i) {
569     int64_t FixedOff;
570     if (StackGrowsDown) {
571       // The maximum distance from the stack pointer is at lower address of
572       // the object -- which is given by offset. For down growing stack
573       // the offset is negative, so we negate the offset to get the distance.
574       FixedOff = -MFI->getObjectOffset(i);
575     } else {
576       // The maximum distance from the start pointer is at the upper
577       // address of the object.
578       FixedOff = MFI->getObjectOffset(i) + MFI->getObjectSize(i);
579     }
580     if (FixedOff > Offset) Offset = FixedOff;
581   }
582
583   // First assign frame offsets to stack objects that are used to spill
584   // callee saved registers.
585   if (StackGrowsDown) {
586     for (unsigned i = MinCSFrameIndex; i <= MaxCSFrameIndex; ++i) {
587       // If the stack grows down, we need to add the size to find the lowest
588       // address of the object.
589       Offset += MFI->getObjectSize(i);
590
591       unsigned Align = MFI->getObjectAlignment(i);
592       // Adjust to alignment boundary
593       Offset = RoundUpToAlignment(Offset, Align);
594
595       MFI->setObjectOffset(i, -Offset);        // Set the computed offset
596     }
597   } else {
598     int MaxCSFI = MaxCSFrameIndex, MinCSFI = MinCSFrameIndex;
599     for (int i = MaxCSFI; i >= MinCSFI ; --i) {
600       unsigned Align = MFI->getObjectAlignment(i);
601       // Adjust to alignment boundary
602       Offset = RoundUpToAlignment(Offset, Align);
603
604       MFI->setObjectOffset(i, Offset);
605       Offset += MFI->getObjectSize(i);
606     }
607   }
608
609   unsigned MaxAlign = MFI->getMaxAlignment();
610
611   // Make sure the special register scavenging spill slot is closest to the
612   // incoming stack pointer if a frame pointer is required and is closer
613   // to the incoming rather than the final stack pointer.
614   const TargetRegisterInfo *RegInfo = Fn.getSubtarget().getRegisterInfo();
615   bool EarlyScavengingSlots = (TFI.hasFP(Fn) &&
616                                TFI.isFPCloseToIncomingSP() &&
617                                RegInfo->useFPForScavengingIndex(Fn) &&
618                                !RegInfo->needsStackRealignment(Fn));
619   if (RS && EarlyScavengingSlots) {
620     SmallVector<int, 2> SFIs;
621     RS->getScavengingFrameIndices(SFIs);
622     for (SmallVectorImpl<int>::iterator I = SFIs.begin(),
623            IE = SFIs.end(); I != IE; ++I)
624       AdjustStackOffset(MFI, *I, StackGrowsDown, Offset, MaxAlign);
625   }
626
627   // FIXME: Once this is working, then enable flag will change to a target
628   // check for whether the frame is large enough to want to use virtual
629   // frame index registers. Functions which don't want/need this optimization
630   // will continue to use the existing code path.
631   if (MFI->getUseLocalStackAllocationBlock()) {
632     unsigned Align = MFI->getLocalFrameMaxAlign();
633
634     // Adjust to alignment boundary.
635     Offset = RoundUpToAlignment(Offset, Align);
636
637     DEBUG(dbgs() << "Local frame base offset: " << Offset << "\n");
638
639     // Resolve offsets for objects in the local block.
640     for (unsigned i = 0, e = MFI->getLocalFrameObjectCount(); i != e; ++i) {
641       std::pair<int, int64_t> Entry = MFI->getLocalFrameObjectMap(i);
642       int64_t FIOffset = (StackGrowsDown ? -Offset : Offset) + Entry.second;
643       DEBUG(dbgs() << "alloc FI(" << Entry.first << ") at SP[" <<
644             FIOffset << "]\n");
645       MFI->setObjectOffset(Entry.first, FIOffset);
646     }
647     // Allocate the local block
648     Offset += MFI->getLocalFrameSize();
649
650     MaxAlign = std::max(Align, MaxAlign);
651   }
652
653   // Make sure that the stack protector comes before the local variables on the
654   // stack.
655   SmallSet<int, 16> ProtectedObjs;
656   if (MFI->getStackProtectorIndex() >= 0) {
657     StackObjSet LargeArrayObjs;
658     StackObjSet SmallArrayObjs;
659     StackObjSet AddrOfObjs;
660
661     AdjustStackOffset(MFI, MFI->getStackProtectorIndex(), StackGrowsDown,
662                       Offset, MaxAlign);
663
664     // Assign large stack objects first.
665     for (unsigned i = 0, e = MFI->getObjectIndexEnd(); i != e; ++i) {
666       if (MFI->isObjectPreAllocated(i) &&
667           MFI->getUseLocalStackAllocationBlock())
668         continue;
669       if (i >= MinCSFrameIndex && i <= MaxCSFrameIndex)
670         continue;
671       if (RS && RS->isScavengingFrameIndex((int)i))
672         continue;
673       if (MFI->isDeadObjectIndex(i))
674         continue;
675       if (MFI->getStackProtectorIndex() == (int)i)
676         continue;
677
678       switch (SP->getSSPLayout(MFI->getObjectAllocation(i))) {
679       case StackProtector::SSPLK_None:
680         continue;
681       case StackProtector::SSPLK_SmallArray:
682         SmallArrayObjs.insert(i);
683         continue;
684       case StackProtector::SSPLK_AddrOf:
685         AddrOfObjs.insert(i);
686         continue;
687       case StackProtector::SSPLK_LargeArray:
688         LargeArrayObjs.insert(i);
689         continue;
690       }
691       llvm_unreachable("Unexpected SSPLayoutKind.");
692     }
693
694     AssignProtectedObjSet(LargeArrayObjs, ProtectedObjs, MFI, StackGrowsDown,
695                           Offset, MaxAlign);
696     AssignProtectedObjSet(SmallArrayObjs, ProtectedObjs, MFI, StackGrowsDown,
697                           Offset, MaxAlign);
698     AssignProtectedObjSet(AddrOfObjs, ProtectedObjs, MFI, StackGrowsDown,
699                           Offset, MaxAlign);
700   }
701
702   // Then assign frame offsets to stack objects that are not used to spill
703   // callee saved registers.
704   for (unsigned i = 0, e = MFI->getObjectIndexEnd(); i != e; ++i) {
705     if (MFI->isObjectPreAllocated(i) &&
706         MFI->getUseLocalStackAllocationBlock())
707       continue;
708     if (i >= MinCSFrameIndex && i <= MaxCSFrameIndex)
709       continue;
710     if (RS && RS->isScavengingFrameIndex((int)i))
711       continue;
712     if (MFI->isDeadObjectIndex(i))
713       continue;
714     if (MFI->getStackProtectorIndex() == (int)i)
715       continue;
716     if (ProtectedObjs.count(i))
717       continue;
718
719     AdjustStackOffset(MFI, i, StackGrowsDown, Offset, MaxAlign);
720   }
721
722   // Make sure the special register scavenging spill slot is closest to the
723   // stack pointer.
724   if (RS && !EarlyScavengingSlots) {
725     SmallVector<int, 2> SFIs;
726     RS->getScavengingFrameIndices(SFIs);
727     for (SmallVectorImpl<int>::iterator I = SFIs.begin(),
728            IE = SFIs.end(); I != IE; ++I)
729       AdjustStackOffset(MFI, *I, StackGrowsDown, Offset, MaxAlign);
730   }
731
732   if (!TFI.targetHandlesStackFrameRounding()) {
733     // If we have reserved argument space for call sites in the function
734     // immediately on entry to the current function, count it as part of the
735     // overall stack size.
736     if (MFI->adjustsStack() && TFI.hasReservedCallFrame(Fn))
737       Offset += MFI->getMaxCallFrameSize();
738
739     // Round up the size to a multiple of the alignment.  If the function has
740     // any calls or alloca's, align to the target's StackAlignment value to
741     // ensure that the callee's frame or the alloca data is suitably aligned;
742     // otherwise, for leaf functions, align to the TransientStackAlignment
743     // value.
744     unsigned StackAlign;
745     if (MFI->adjustsStack() || MFI->hasVarSizedObjects() ||
746         (RegInfo->needsStackRealignment(Fn) && MFI->getObjectIndexEnd() != 0))
747       StackAlign = TFI.getStackAlignment();
748     else
749       StackAlign = TFI.getTransientStackAlignment();
750
751     // If the frame pointer is eliminated, all frame offsets will be relative to
752     // SP not FP. Align to MaxAlign so this works.
753     StackAlign = std::max(StackAlign, MaxAlign);
754     Offset = RoundUpToAlignment(Offset, StackAlign);
755   }
756
757   // Update frame info to pretend that this is part of the stack...
758   int64_t StackSize = Offset - LocalAreaOffset;
759   MFI->setStackSize(StackSize);
760   NumBytesStackSpace += StackSize;
761 }
762
763 /// insertPrologEpilogCode - Scan the function for modified callee saved
764 /// registers, insert spill code for these callee saved registers, then add
765 /// prolog and epilog code to the function.
766 ///
767 void PEI::insertPrologEpilogCode(MachineFunction &Fn) {
768   const TargetFrameLowering &TFI = *Fn.getSubtarget().getFrameLowering();
769
770   // Add prologue to the function...
771   for (MachineBasicBlock *SaveBlock : SaveBlocks)
772     TFI.emitPrologue(Fn, *SaveBlock);
773
774   // Add epilogue to restore the callee-save registers in each exiting block.
775   for (MachineBasicBlock *RestoreBlock : RestoreBlocks)
776     TFI.emitEpilogue(Fn, *RestoreBlock);
777
778   // Emit additional code that is required to support segmented stacks, if
779   // we've been asked for it.  This, when linked with a runtime with support
780   // for segmented stacks (libgcc is one), will result in allocating stack
781   // space in small chunks instead of one large contiguous block.
782   if (Fn.shouldSplitStack()) {
783     for (MachineBasicBlock *SaveBlock : SaveBlocks)
784       TFI.adjustForSegmentedStacks(Fn, *SaveBlock);
785   }
786
787   // Emit additional code that is required to explicitly handle the stack in
788   // HiPE native code (if needed) when loaded in the Erlang/OTP runtime. The
789   // approach is rather similar to that of Segmented Stacks, but it uses a
790   // different conditional check and another BIF for allocating more stack
791   // space.
792   if (Fn.getFunction()->getCallingConv() == CallingConv::HiPE)
793     for (MachineBasicBlock *SaveBlock : SaveBlocks)
794       TFI.adjustForHiPEPrologue(Fn, *SaveBlock);
795 }
796
797 /// replaceFrameIndices - Replace all MO_FrameIndex operands with physical
798 /// register references and actual offsets.
799 ///
800 void PEI::replaceFrameIndices(MachineFunction &Fn) {
801   const TargetFrameLowering &TFI = *Fn.getSubtarget().getFrameLowering();
802   if (!TFI.needsFrameIndexResolution(Fn)) return;
803
804   MachineModuleInfo &MMI = Fn.getMMI();
805   const Function *F = Fn.getFunction();
806   const Function *ParentF = MMI.getWinEHParent(F);
807   unsigned FrameReg;
808   if (F == ParentF) {
809     WinEHFuncInfo &FuncInfo = MMI.getWinEHFuncInfo(Fn.getFunction());
810     // FIXME: This should be unconditional but we have bugs in the preparation
811     // pass.
812     if (FuncInfo.UnwindHelpFrameIdx != INT_MAX)
813       FuncInfo.UnwindHelpFrameOffset = TFI.getFrameIndexReferenceFromSP(
814           Fn, FuncInfo.UnwindHelpFrameIdx, FrameReg);
815     for (WinEHTryBlockMapEntry &TBME : FuncInfo.TryBlockMap) {
816       for (WinEHHandlerType &H : TBME.HandlerArray) {
817         unsigned UnusedReg;
818         if (H.CatchObj.FrameIndex == INT_MAX)
819           H.CatchObj.FrameOffset = INT_MAX;
820         else
821           H.CatchObj.FrameOffset =
822               TFI.getFrameIndexReference(Fn, H.CatchObj.FrameIndex, UnusedReg);
823       }
824     }
825   }
826
827   // Store SPAdj at exit of a basic block.
828   SmallVector<int, 8> SPState;
829   SPState.resize(Fn.getNumBlockIDs());
830   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 8> Reachable;
831
832   // Iterate over the reachable blocks in DFS order.
833   for (auto DFI = df_ext_begin(&Fn, Reachable), DFE = df_ext_end(&Fn, Reachable);
834        DFI != DFE; ++DFI) {
835     int SPAdj = 0;
836     // Check the exit state of the DFS stack predecessor.
837     if (DFI.getPathLength() >= 2) {
838       MachineBasicBlock *StackPred = DFI.getPath(DFI.getPathLength() - 2);
839       assert(Reachable.count(StackPred) &&
840              "DFS stack predecessor is already visited.\n");
841       SPAdj = SPState[StackPred->getNumber()];
842     }
843     MachineBasicBlock *BB = *DFI;
844     replaceFrameIndices(BB, Fn, SPAdj);
845     SPState[BB->getNumber()] = SPAdj;
846   }
847
848   // Handle the unreachable blocks.
849   for (MachineFunction::iterator BB = Fn.begin(), E = Fn.end(); BB != E; ++BB) {
850     if (Reachable.count(BB))
851       // Already handled in DFS traversal.
852       continue;
853     int SPAdj = 0;
854     replaceFrameIndices(BB, Fn, SPAdj);
855   }
856 }
857
858 void PEI::replaceFrameIndices(MachineBasicBlock *BB, MachineFunction &Fn,
859                               int &SPAdj) {
860   assert(Fn.getSubtarget().getRegisterInfo() &&
861          "getRegisterInfo() must be implemented!");
862   const TargetInstrInfo &TII = *Fn.getSubtarget().getInstrInfo();
863   const TargetRegisterInfo &TRI = *Fn.getSubtarget().getRegisterInfo();
864   const TargetFrameLowering *TFI = Fn.getSubtarget().getFrameLowering();
865   unsigned FrameSetupOpcode = TII.getCallFrameSetupOpcode();
866   unsigned FrameDestroyOpcode = TII.getCallFrameDestroyOpcode();
867
868   if (RS && !FrameIndexVirtualScavenging) RS->enterBasicBlock(BB);
869
870   bool InsideCallSequence = false;
871
872   for (MachineBasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ) {
873
874     if (I->getOpcode() == FrameSetupOpcode ||
875         I->getOpcode() == FrameDestroyOpcode) {
876       InsideCallSequence = (I->getOpcode() == FrameSetupOpcode);
877       SPAdj += TII.getSPAdjust(I);
878
879       MachineBasicBlock::iterator PrevI = BB->end();
880       if (I != BB->begin()) PrevI = std::prev(I);
881       TFI->eliminateCallFramePseudoInstr(Fn, *BB, I);
882
883       // Visit the instructions created by eliminateCallFramePseudoInstr().
884       if (PrevI == BB->end())
885         I = BB->begin();     // The replaced instr was the first in the block.
886       else
887         I = std::next(PrevI);
888       continue;
889     }
890
891     MachineInstr *MI = I;
892     bool DoIncr = true;
893     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
894       if (!MI->getOperand(i).isFI())
895         continue;
896
897       // Frame indices in debug values are encoded in a target independent
898       // way with simply the frame index and offset rather than any
899       // target-specific addressing mode.
900       if (MI->isDebugValue()) {
901         assert(i == 0 && "Frame indices can only appear as the first "
902                          "operand of a DBG_VALUE machine instruction");
903         unsigned Reg;
904         MachineOperand &Offset = MI->getOperand(1);
905         Offset.setImm(Offset.getImm() +
906                       TFI->getFrameIndexReference(
907                           Fn, MI->getOperand(0).getIndex(), Reg));
908         MI->getOperand(0).ChangeToRegister(Reg, false /*isDef*/);
909         continue;
910       }
911
912       // TODO: This code should be commoned with the code for
913       // PATCHPOINT. There's no good reason for the difference in
914       // implementation other than historical accident.  The only
915       // remaining difference is the unconditional use of the stack
916       // pointer as the base register.
917       if (MI->getOpcode() == TargetOpcode::STATEPOINT) {
918         assert((!MI->isDebugValue() || i == 0) &&
919                "Frame indicies can only appear as the first operand of a "
920                "DBG_VALUE machine instruction");
921         unsigned Reg;
922         MachineOperand &Offset = MI->getOperand(i + 1);
923         const unsigned refOffset =
924           TFI->getFrameIndexReferenceFromSP(Fn, MI->getOperand(i).getIndex(),
925                                             Reg);
926
927         Offset.setImm(Offset.getImm() + refOffset);
928         MI->getOperand(i).ChangeToRegister(Reg, false /*isDef*/);
929         continue;
930       }
931
932       // Some instructions (e.g. inline asm instructions) can have
933       // multiple frame indices and/or cause eliminateFrameIndex
934       // to insert more than one instruction. We need the register
935       // scavenger to go through all of these instructions so that
936       // it can update its register information. We keep the
937       // iterator at the point before insertion so that we can
938       // revisit them in full.
939       bool AtBeginning = (I == BB->begin());
940       if (!AtBeginning) --I;
941
942       // If this instruction has a FrameIndex operand, we need to
943       // use that target machine register info object to eliminate
944       // it.
945       TRI.eliminateFrameIndex(MI, SPAdj, i,
946                               FrameIndexVirtualScavenging ?  nullptr : RS);
947
948       // Reset the iterator if we were at the beginning of the BB.
949       if (AtBeginning) {
950         I = BB->begin();
951         DoIncr = false;
952       }
953
954       MI = nullptr;
955       break;
956     }
957
958     // If we are looking at a call sequence, we need to keep track of
959     // the SP adjustment made by each instruction in the sequence.
960     // This includes both the frame setup/destroy pseudos (handled above),
961     // as well as other instructions that have side effects w.r.t the SP.
962     // Note that this must come after eliminateFrameIndex, because 
963     // if I itself referred to a frame index, we shouldn't count its own
964     // adjustment.
965     if (MI && InsideCallSequence)
966       SPAdj += TII.getSPAdjust(MI);
967
968     if (DoIncr && I != BB->end()) ++I;
969
970     // Update register states.
971     if (RS && !FrameIndexVirtualScavenging && MI) RS->forward(MI);
972   }
973 }
974
975 /// scavengeFrameVirtualRegs - Replace all frame index virtual registers
976 /// with physical registers. Use the register scavenger to find an
977 /// appropriate register to use.
978 ///
979 /// FIXME: Iterating over the instruction stream is unnecessary. We can simply
980 /// iterate over the vreg use list, which at this point only contains machine
981 /// operands for which eliminateFrameIndex need a new scratch reg.
982 void
983 PEI::scavengeFrameVirtualRegs(MachineFunction &Fn) {
984   // Run through the instructions and find any virtual registers.
985   for (MachineFunction::iterator BB = Fn.begin(),
986        E = Fn.end(); BB != E; ++BB) {
987     RS->enterBasicBlock(BB);
988
989     int SPAdj = 0;
990
991     // The instruction stream may change in the loop, so check BB->end()
992     // directly.
993     for (MachineBasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ) {
994       // We might end up here again with a NULL iterator if we scavenged a
995       // register for which we inserted spill code for definition by what was
996       // originally the first instruction in BB.
997       if (I == MachineBasicBlock::iterator(nullptr))
998         I = BB->begin();
999
1000       MachineInstr *MI = I;
1001       MachineBasicBlock::iterator J = std::next(I);
1002       MachineBasicBlock::iterator P =
1003                          I == BB->begin() ? MachineBasicBlock::iterator(nullptr)
1004                                           : std::prev(I);
1005
1006       // RS should process this instruction before we might scavenge at this
1007       // location. This is because we might be replacing a virtual register
1008       // defined by this instruction, and if so, registers killed by this
1009       // instruction are available, and defined registers are not.
1010       RS->forward(I);
1011
1012       for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1013         if (MI->getOperand(i).isReg()) {
1014           MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1015           unsigned Reg = MO.getReg();
1016           if (Reg == 0)
1017             continue;
1018           if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
1019             continue;
1020
1021           // When we first encounter a new virtual register, it
1022           // must be a definition.
1023           assert(MI->getOperand(i).isDef() &&
1024                  "frame index virtual missing def!");
1025           // Scavenge a new scratch register
1026           const TargetRegisterClass *RC = Fn.getRegInfo().getRegClass(Reg);
1027           unsigned ScratchReg = RS->scavengeRegister(RC, J, SPAdj);
1028
1029           ++NumScavengedRegs;
1030
1031           // Replace this reference to the virtual register with the
1032           // scratch register.
1033           assert (ScratchReg && "Missing scratch register!");
1034           Fn.getRegInfo().replaceRegWith(Reg, ScratchReg);
1035           
1036           // Because this instruction was processed by the RS before this
1037           // register was allocated, make sure that the RS now records the
1038           // register as being used.
1039           RS->setRegUsed(ScratchReg);
1040         }
1041       }
1042
1043       // If the scavenger needed to use one of its spill slots, the
1044       // spill code will have been inserted in between I and J. This is a
1045       // problem because we need the spill code before I: Move I to just
1046       // prior to J.
1047       if (I != std::prev(J)) {
1048         BB->splice(J, BB, I);
1049
1050         // Before we move I, we need to prepare the RS to visit I again.
1051         // Specifically, RS will assert if it sees uses of registers that
1052         // it believes are undefined. Because we have already processed
1053         // register kills in I, when it visits I again, it will believe that
1054         // those registers are undefined. To avoid this situation, unprocess
1055         // the instruction I.
1056         assert(RS->getCurrentPosition() == I &&
1057           "The register scavenger has an unexpected position");
1058         I = P;
1059         RS->unprocess(P);
1060       } else
1061         ++I;
1062     }
1063   }
1064 }