PrologueEpilogInserter: Fix missing live-ins when savepoint equals restorepoint
[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 && Save != Restore)
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       MCPhysReg Reg = CSI[i].getReg();
419       // Add the callee-saved register as live-in.
420       // It's killed at the spill.
421       if (!MBB->isLiveIn(Reg))
422         MBB->addLiveIn(Reg);
423     }
424   }
425 }
426
427 /// insertCSRSpillsAndRestores - Insert spill and restore code for
428 /// callee saved registers used in the function.
429 ///
430 void PEI::insertCSRSpillsAndRestores(MachineFunction &Fn) {
431   // Get callee saved register information.
432   MachineFrameInfo *MFI = Fn.getFrameInfo();
433   const std::vector<CalleeSavedInfo> &CSI = MFI->getCalleeSavedInfo();
434
435   MFI->setCalleeSavedInfoValid(true);
436
437   // Early exit if no callee saved registers are modified!
438   if (CSI.empty())
439     return;
440
441   const TargetInstrInfo &TII = *Fn.getSubtarget().getInstrInfo();
442   const TargetFrameLowering *TFI = Fn.getSubtarget().getFrameLowering();
443   const TargetRegisterInfo *TRI = Fn.getSubtarget().getRegisterInfo();
444   MachineBasicBlock::iterator I;
445
446   // Spill using target interface.
447   for (MachineBasicBlock *SaveBlock : SaveBlocks) {
448     I = SaveBlock->begin();
449     if (!TFI->spillCalleeSavedRegisters(*SaveBlock, I, CSI, TRI)) {
450       for (unsigned i = 0, e = CSI.size(); i != e; ++i) {
451         // Insert the spill to the stack frame.
452         unsigned Reg = CSI[i].getReg();
453         const TargetRegisterClass *RC = TRI->getMinimalPhysRegClass(Reg);
454         TII.storeRegToStackSlot(*SaveBlock, I, Reg, true, CSI[i].getFrameIdx(),
455                                 RC, TRI);
456       }
457     }
458     // Update the live-in information of all the blocks up to the save point.
459     updateLiveness(Fn);
460   }
461
462   // Restore using target interface.
463   for (MachineBasicBlock *MBB : RestoreBlocks) {
464     I = MBB->end();
465
466     // Skip over all terminator instructions, which are part of the return
467     // sequence.
468     MachineBasicBlock::iterator I2 = I;
469     while (I2 != MBB->begin() && (--I2)->isTerminator())
470       I = I2;
471
472     bool AtStart = I == MBB->begin();
473     MachineBasicBlock::iterator BeforeI = I;
474     if (!AtStart)
475       --BeforeI;
476
477     // Restore all registers immediately before the return and any
478     // terminators that precede it.
479     if (!TFI->restoreCalleeSavedRegisters(*MBB, I, CSI, TRI)) {
480       for (unsigned i = 0, e = CSI.size(); i != e; ++i) {
481         unsigned Reg = CSI[i].getReg();
482         const TargetRegisterClass *RC = TRI->getMinimalPhysRegClass(Reg);
483         TII.loadRegFromStackSlot(*MBB, I, Reg, CSI[i].getFrameIdx(), RC, TRI);
484         assert(I != MBB->begin() &&
485                "loadRegFromStackSlot didn't insert any code!");
486         // Insert in reverse order.  loadRegFromStackSlot can insert
487         // multiple instructions.
488         if (AtStart)
489           I = MBB->begin();
490         else {
491           I = BeforeI;
492           ++I;
493         }
494       }
495     }
496   }
497 }
498
499 /// AdjustStackOffset - Helper function used to adjust the stack frame offset.
500 static inline void
501 AdjustStackOffset(MachineFrameInfo *MFI, int FrameIdx,
502                   bool StackGrowsDown, int64_t &Offset,
503                   unsigned &MaxAlign) {
504   // If the stack grows down, add the object size to find the lowest address.
505   if (StackGrowsDown)
506     Offset += MFI->getObjectSize(FrameIdx);
507
508   unsigned Align = MFI->getObjectAlignment(FrameIdx);
509
510   // If the alignment of this object is greater than that of the stack, then
511   // increase the stack alignment to match.
512   MaxAlign = std::max(MaxAlign, Align);
513
514   // Adjust to alignment boundary.
515   Offset = RoundUpToAlignment(Offset, Align);
516
517   if (StackGrowsDown) {
518     DEBUG(dbgs() << "alloc FI(" << FrameIdx << ") at SP[" << -Offset << "]\n");
519     MFI->setObjectOffset(FrameIdx, -Offset); // Set the computed offset
520   } else {
521     DEBUG(dbgs() << "alloc FI(" << FrameIdx << ") at SP[" << Offset << "]\n");
522     MFI->setObjectOffset(FrameIdx, Offset);
523     Offset += MFI->getObjectSize(FrameIdx);
524   }
525 }
526
527 /// AssignProtectedObjSet - Helper function to assign large stack objects (i.e.,
528 /// those required to be close to the Stack Protector) to stack offsets.
529 static void
530 AssignProtectedObjSet(const StackObjSet &UnassignedObjs,
531                       SmallSet<int, 16> &ProtectedObjs,
532                       MachineFrameInfo *MFI, bool StackGrowsDown,
533                       int64_t &Offset, unsigned &MaxAlign) {
534
535   for (StackObjSet::const_iterator I = UnassignedObjs.begin(),
536         E = UnassignedObjs.end(); I != E; ++I) {
537     int i = *I;
538     AdjustStackOffset(MFI, i, StackGrowsDown, Offset, MaxAlign);
539     ProtectedObjs.insert(i);
540   }
541 }
542
543 /// calculateFrameObjectOffsets - Calculate actual frame offsets for all of the
544 /// abstract stack objects.
545 ///
546 void PEI::calculateFrameObjectOffsets(MachineFunction &Fn) {
547   const TargetFrameLowering &TFI = *Fn.getSubtarget().getFrameLowering();
548   StackProtector *SP = &getAnalysis<StackProtector>();
549
550   bool StackGrowsDown =
551     TFI.getStackGrowthDirection() == TargetFrameLowering::StackGrowsDown;
552
553   // Loop over all of the stack objects, assigning sequential addresses...
554   MachineFrameInfo *MFI = Fn.getFrameInfo();
555
556   // Start at the beginning of the local area.
557   // The Offset is the distance from the stack top in the direction
558   // of stack growth -- so it's always nonnegative.
559   int LocalAreaOffset = TFI.getOffsetOfLocalArea();
560   if (StackGrowsDown)
561     LocalAreaOffset = -LocalAreaOffset;
562   assert(LocalAreaOffset >= 0
563          && "Local area offset should be in direction of stack growth");
564   int64_t Offset = LocalAreaOffset;
565
566   // If there are fixed sized objects that are preallocated in the local area,
567   // non-fixed objects can't be allocated right at the start of local area.
568   // We currently don't support filling in holes in between fixed sized
569   // objects, so we adjust 'Offset' to point to the end of last fixed sized
570   // preallocated object.
571   for (int i = MFI->getObjectIndexBegin(); i != 0; ++i) {
572     int64_t FixedOff;
573     if (StackGrowsDown) {
574       // The maximum distance from the stack pointer is at lower address of
575       // the object -- which is given by offset. For down growing stack
576       // the offset is negative, so we negate the offset to get the distance.
577       FixedOff = -MFI->getObjectOffset(i);
578     } else {
579       // The maximum distance from the start pointer is at the upper
580       // address of the object.
581       FixedOff = MFI->getObjectOffset(i) + MFI->getObjectSize(i);
582     }
583     if (FixedOff > Offset) Offset = FixedOff;
584   }
585
586   // First assign frame offsets to stack objects that are used to spill
587   // callee saved registers.
588   if (StackGrowsDown) {
589     for (unsigned i = MinCSFrameIndex; i <= MaxCSFrameIndex; ++i) {
590       // If the stack grows down, we need to add the size to find the lowest
591       // address of the object.
592       Offset += MFI->getObjectSize(i);
593
594       unsigned Align = MFI->getObjectAlignment(i);
595       // Adjust to alignment boundary
596       Offset = RoundUpToAlignment(Offset, Align);
597
598       MFI->setObjectOffset(i, -Offset);        // Set the computed offset
599     }
600   } else {
601     int MaxCSFI = MaxCSFrameIndex, MinCSFI = MinCSFrameIndex;
602     for (int i = MaxCSFI; i >= MinCSFI ; --i) {
603       unsigned Align = MFI->getObjectAlignment(i);
604       // Adjust to alignment boundary
605       Offset = RoundUpToAlignment(Offset, Align);
606
607       MFI->setObjectOffset(i, Offset);
608       Offset += MFI->getObjectSize(i);
609     }
610   }
611
612   unsigned MaxAlign = MFI->getMaxAlignment();
613
614   // Make sure the special register scavenging spill slot is closest to the
615   // incoming stack pointer if a frame pointer is required and is closer
616   // to the incoming rather than the final stack pointer.
617   const TargetRegisterInfo *RegInfo = Fn.getSubtarget().getRegisterInfo();
618   bool EarlyScavengingSlots = (TFI.hasFP(Fn) &&
619                                TFI.isFPCloseToIncomingSP() &&
620                                RegInfo->useFPForScavengingIndex(Fn) &&
621                                !RegInfo->needsStackRealignment(Fn));
622   if (RS && EarlyScavengingSlots) {
623     SmallVector<int, 2> SFIs;
624     RS->getScavengingFrameIndices(SFIs);
625     for (SmallVectorImpl<int>::iterator I = SFIs.begin(),
626            IE = SFIs.end(); I != IE; ++I)
627       AdjustStackOffset(MFI, *I, StackGrowsDown, Offset, MaxAlign);
628   }
629
630   // FIXME: Once this is working, then enable flag will change to a target
631   // check for whether the frame is large enough to want to use virtual
632   // frame index registers. Functions which don't want/need this optimization
633   // will continue to use the existing code path.
634   if (MFI->getUseLocalStackAllocationBlock()) {
635     unsigned Align = MFI->getLocalFrameMaxAlign();
636
637     // Adjust to alignment boundary.
638     Offset = RoundUpToAlignment(Offset, Align);
639
640     DEBUG(dbgs() << "Local frame base offset: " << Offset << "\n");
641
642     // Resolve offsets for objects in the local block.
643     for (unsigned i = 0, e = MFI->getLocalFrameObjectCount(); i != e; ++i) {
644       std::pair<int, int64_t> Entry = MFI->getLocalFrameObjectMap(i);
645       int64_t FIOffset = (StackGrowsDown ? -Offset : Offset) + Entry.second;
646       DEBUG(dbgs() << "alloc FI(" << Entry.first << ") at SP[" <<
647             FIOffset << "]\n");
648       MFI->setObjectOffset(Entry.first, FIOffset);
649     }
650     // Allocate the local block
651     Offset += MFI->getLocalFrameSize();
652
653     MaxAlign = std::max(Align, MaxAlign);
654   }
655
656   // Make sure that the stack protector comes before the local variables on the
657   // stack.
658   SmallSet<int, 16> ProtectedObjs;
659   if (MFI->getStackProtectorIndex() >= 0) {
660     StackObjSet LargeArrayObjs;
661     StackObjSet SmallArrayObjs;
662     StackObjSet AddrOfObjs;
663
664     AdjustStackOffset(MFI, MFI->getStackProtectorIndex(), StackGrowsDown,
665                       Offset, MaxAlign);
666
667     // Assign large stack objects first.
668     for (unsigned i = 0, e = MFI->getObjectIndexEnd(); i != e; ++i) {
669       if (MFI->isObjectPreAllocated(i) &&
670           MFI->getUseLocalStackAllocationBlock())
671         continue;
672       if (i >= MinCSFrameIndex && i <= MaxCSFrameIndex)
673         continue;
674       if (RS && RS->isScavengingFrameIndex((int)i))
675         continue;
676       if (MFI->isDeadObjectIndex(i))
677         continue;
678       if (MFI->getStackProtectorIndex() == (int)i)
679         continue;
680
681       switch (SP->getSSPLayout(MFI->getObjectAllocation(i))) {
682       case StackProtector::SSPLK_None:
683         continue;
684       case StackProtector::SSPLK_SmallArray:
685         SmallArrayObjs.insert(i);
686         continue;
687       case StackProtector::SSPLK_AddrOf:
688         AddrOfObjs.insert(i);
689         continue;
690       case StackProtector::SSPLK_LargeArray:
691         LargeArrayObjs.insert(i);
692         continue;
693       }
694       llvm_unreachable("Unexpected SSPLayoutKind.");
695     }
696
697     AssignProtectedObjSet(LargeArrayObjs, ProtectedObjs, MFI, StackGrowsDown,
698                           Offset, MaxAlign);
699     AssignProtectedObjSet(SmallArrayObjs, ProtectedObjs, MFI, StackGrowsDown,
700                           Offset, MaxAlign);
701     AssignProtectedObjSet(AddrOfObjs, ProtectedObjs, MFI, StackGrowsDown,
702                           Offset, MaxAlign);
703   }
704
705   // Then assign frame offsets to stack objects that are not used to spill
706   // callee saved registers.
707   for (unsigned i = 0, e = MFI->getObjectIndexEnd(); i != e; ++i) {
708     if (MFI->isObjectPreAllocated(i) &&
709         MFI->getUseLocalStackAllocationBlock())
710       continue;
711     if (i >= MinCSFrameIndex && i <= MaxCSFrameIndex)
712       continue;
713     if (RS && RS->isScavengingFrameIndex((int)i))
714       continue;
715     if (MFI->isDeadObjectIndex(i))
716       continue;
717     if (MFI->getStackProtectorIndex() == (int)i)
718       continue;
719     if (ProtectedObjs.count(i))
720       continue;
721
722     AdjustStackOffset(MFI, i, StackGrowsDown, Offset, MaxAlign);
723   }
724
725   // Make sure the special register scavenging spill slot is closest to the
726   // stack pointer.
727   if (RS && !EarlyScavengingSlots) {
728     SmallVector<int, 2> SFIs;
729     RS->getScavengingFrameIndices(SFIs);
730     for (SmallVectorImpl<int>::iterator I = SFIs.begin(),
731            IE = SFIs.end(); I != IE; ++I)
732       AdjustStackOffset(MFI, *I, StackGrowsDown, Offset, MaxAlign);
733   }
734
735   if (!TFI.targetHandlesStackFrameRounding()) {
736     // If we have reserved argument space for call sites in the function
737     // immediately on entry to the current function, count it as part of the
738     // overall stack size.
739     if (MFI->adjustsStack() && TFI.hasReservedCallFrame(Fn))
740       Offset += MFI->getMaxCallFrameSize();
741
742     // Round up the size to a multiple of the alignment.  If the function has
743     // any calls or alloca's, align to the target's StackAlignment value to
744     // ensure that the callee's frame or the alloca data is suitably aligned;
745     // otherwise, for leaf functions, align to the TransientStackAlignment
746     // value.
747     unsigned StackAlign;
748     if (MFI->adjustsStack() || MFI->hasVarSizedObjects() ||
749         (RegInfo->needsStackRealignment(Fn) && MFI->getObjectIndexEnd() != 0))
750       StackAlign = TFI.getStackAlignment();
751     else
752       StackAlign = TFI.getTransientStackAlignment();
753
754     // If the frame pointer is eliminated, all frame offsets will be relative to
755     // SP not FP. Align to MaxAlign so this works.
756     StackAlign = std::max(StackAlign, MaxAlign);
757     Offset = RoundUpToAlignment(Offset, StackAlign);
758   }
759
760   // Update frame info to pretend that this is part of the stack...
761   int64_t StackSize = Offset - LocalAreaOffset;
762   MFI->setStackSize(StackSize);
763   NumBytesStackSpace += StackSize;
764 }
765
766 /// insertPrologEpilogCode - Scan the function for modified callee saved
767 /// registers, insert spill code for these callee saved registers, then add
768 /// prolog and epilog code to the function.
769 ///
770 void PEI::insertPrologEpilogCode(MachineFunction &Fn) {
771   const TargetFrameLowering &TFI = *Fn.getSubtarget().getFrameLowering();
772
773   // Add prologue to the function...
774   for (MachineBasicBlock *SaveBlock : SaveBlocks)
775     TFI.emitPrologue(Fn, *SaveBlock);
776
777   // Add epilogue to restore the callee-save registers in each exiting block.
778   for (MachineBasicBlock *RestoreBlock : RestoreBlocks)
779     TFI.emitEpilogue(Fn, *RestoreBlock);
780
781   // Emit additional code that is required to support segmented stacks, if
782   // we've been asked for it.  This, when linked with a runtime with support
783   // for segmented stacks (libgcc is one), will result in allocating stack
784   // space in small chunks instead of one large contiguous block.
785   if (Fn.shouldSplitStack()) {
786     for (MachineBasicBlock *SaveBlock : SaveBlocks)
787       TFI.adjustForSegmentedStacks(Fn, *SaveBlock);
788   }
789
790   // Emit additional code that is required to explicitly handle the stack in
791   // HiPE native code (if needed) when loaded in the Erlang/OTP runtime. The
792   // approach is rather similar to that of Segmented Stacks, but it uses a
793   // different conditional check and another BIF for allocating more stack
794   // space.
795   if (Fn.getFunction()->getCallingConv() == CallingConv::HiPE)
796     for (MachineBasicBlock *SaveBlock : SaveBlocks)
797       TFI.adjustForHiPEPrologue(Fn, *SaveBlock);
798 }
799
800 /// replaceFrameIndices - Replace all MO_FrameIndex operands with physical
801 /// register references and actual offsets.
802 ///
803 void PEI::replaceFrameIndices(MachineFunction &Fn) {
804   const TargetFrameLowering &TFI = *Fn.getSubtarget().getFrameLowering();
805   if (!TFI.needsFrameIndexResolution(Fn)) return;
806
807   MachineModuleInfo &MMI = Fn.getMMI();
808   const Function *F = Fn.getFunction();
809   const Function *ParentF = MMI.getWinEHParent(F);
810   unsigned FrameReg;
811   if (F == ParentF) {
812     WinEHFuncInfo &FuncInfo = MMI.getWinEHFuncInfo(Fn.getFunction());
813     // FIXME: This should be unconditional but we have bugs in the preparation
814     // pass.
815     if (FuncInfo.UnwindHelpFrameIdx != INT_MAX)
816       FuncInfo.UnwindHelpFrameOffset = TFI.getFrameIndexReferenceFromSP(
817           Fn, FuncInfo.UnwindHelpFrameIdx, FrameReg);
818     for (WinEHTryBlockMapEntry &TBME : FuncInfo.TryBlockMap) {
819       for (WinEHHandlerType &H : TBME.HandlerArray) {
820         unsigned UnusedReg;
821         if (H.CatchObj.FrameIndex == INT_MAX)
822           H.CatchObj.FrameOffset = INT_MAX;
823         else
824           H.CatchObj.FrameOffset =
825               TFI.getFrameIndexReference(Fn, H.CatchObj.FrameIndex, UnusedReg);
826       }
827     }
828   }
829
830   // Store SPAdj at exit of a basic block.
831   SmallVector<int, 8> SPState;
832   SPState.resize(Fn.getNumBlockIDs());
833   SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 8> Reachable;
834
835   // Iterate over the reachable blocks in DFS order.
836   for (auto DFI = df_ext_begin(&Fn, Reachable), DFE = df_ext_end(&Fn, Reachable);
837        DFI != DFE; ++DFI) {
838     int SPAdj = 0;
839     // Check the exit state of the DFS stack predecessor.
840     if (DFI.getPathLength() >= 2) {
841       MachineBasicBlock *StackPred = DFI.getPath(DFI.getPathLength() - 2);
842       assert(Reachable.count(StackPred) &&
843              "DFS stack predecessor is already visited.\n");
844       SPAdj = SPState[StackPred->getNumber()];
845     }
846     MachineBasicBlock *BB = *DFI;
847     replaceFrameIndices(BB, Fn, SPAdj);
848     SPState[BB->getNumber()] = SPAdj;
849   }
850
851   // Handle the unreachable blocks.
852   for (MachineFunction::iterator BB = Fn.begin(), E = Fn.end(); BB != E; ++BB) {
853     if (Reachable.count(BB))
854       // Already handled in DFS traversal.
855       continue;
856     int SPAdj = 0;
857     replaceFrameIndices(BB, Fn, SPAdj);
858   }
859 }
860
861 void PEI::replaceFrameIndices(MachineBasicBlock *BB, MachineFunction &Fn,
862                               int &SPAdj) {
863   assert(Fn.getSubtarget().getRegisterInfo() &&
864          "getRegisterInfo() must be implemented!");
865   const TargetInstrInfo &TII = *Fn.getSubtarget().getInstrInfo();
866   const TargetRegisterInfo &TRI = *Fn.getSubtarget().getRegisterInfo();
867   const TargetFrameLowering *TFI = Fn.getSubtarget().getFrameLowering();
868   unsigned FrameSetupOpcode = TII.getCallFrameSetupOpcode();
869   unsigned FrameDestroyOpcode = TII.getCallFrameDestroyOpcode();
870
871   if (RS && !FrameIndexVirtualScavenging) RS->enterBasicBlock(BB);
872
873   bool InsideCallSequence = false;
874
875   for (MachineBasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ) {
876
877     if (I->getOpcode() == FrameSetupOpcode ||
878         I->getOpcode() == FrameDestroyOpcode) {
879       InsideCallSequence = (I->getOpcode() == FrameSetupOpcode);
880       SPAdj += TII.getSPAdjust(I);
881
882       MachineBasicBlock::iterator PrevI = BB->end();
883       if (I != BB->begin()) PrevI = std::prev(I);
884       TFI->eliminateCallFramePseudoInstr(Fn, *BB, I);
885
886       // Visit the instructions created by eliminateCallFramePseudoInstr().
887       if (PrevI == BB->end())
888         I = BB->begin();     // The replaced instr was the first in the block.
889       else
890         I = std::next(PrevI);
891       continue;
892     }
893
894     MachineInstr *MI = I;
895     bool DoIncr = true;
896     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
897       if (!MI->getOperand(i).isFI())
898         continue;
899
900       // Frame indices in debug values are encoded in a target independent
901       // way with simply the frame index and offset rather than any
902       // target-specific addressing mode.
903       if (MI->isDebugValue()) {
904         assert(i == 0 && "Frame indices can only appear as the first "
905                          "operand of a DBG_VALUE machine instruction");
906         unsigned Reg;
907         MachineOperand &Offset = MI->getOperand(1);
908         Offset.setImm(Offset.getImm() +
909                       TFI->getFrameIndexReference(
910                           Fn, MI->getOperand(0).getIndex(), Reg));
911         MI->getOperand(0).ChangeToRegister(Reg, false /*isDef*/);
912         continue;
913       }
914
915       // TODO: This code should be commoned with the code for
916       // PATCHPOINT. There's no good reason for the difference in
917       // implementation other than historical accident.  The only
918       // remaining difference is the unconditional use of the stack
919       // pointer as the base register.
920       if (MI->getOpcode() == TargetOpcode::STATEPOINT) {
921         assert((!MI->isDebugValue() || i == 0) &&
922                "Frame indicies can only appear as the first operand of a "
923                "DBG_VALUE machine instruction");
924         unsigned Reg;
925         MachineOperand &Offset = MI->getOperand(i + 1);
926         const unsigned refOffset =
927           TFI->getFrameIndexReferenceFromSP(Fn, MI->getOperand(i).getIndex(),
928                                             Reg);
929
930         Offset.setImm(Offset.getImm() + refOffset);
931         MI->getOperand(i).ChangeToRegister(Reg, false /*isDef*/);
932         continue;
933       }
934
935       // Some instructions (e.g. inline asm instructions) can have
936       // multiple frame indices and/or cause eliminateFrameIndex
937       // to insert more than one instruction. We need the register
938       // scavenger to go through all of these instructions so that
939       // it can update its register information. We keep the
940       // iterator at the point before insertion so that we can
941       // revisit them in full.
942       bool AtBeginning = (I == BB->begin());
943       if (!AtBeginning) --I;
944
945       // If this instruction has a FrameIndex operand, we need to
946       // use that target machine register info object to eliminate
947       // it.
948       TRI.eliminateFrameIndex(MI, SPAdj, i,
949                               FrameIndexVirtualScavenging ?  nullptr : RS);
950
951       // Reset the iterator if we were at the beginning of the BB.
952       if (AtBeginning) {
953         I = BB->begin();
954         DoIncr = false;
955       }
956
957       MI = nullptr;
958       break;
959     }
960
961     // If we are looking at a call sequence, we need to keep track of
962     // the SP adjustment made by each instruction in the sequence.
963     // This includes both the frame setup/destroy pseudos (handled above),
964     // as well as other instructions that have side effects w.r.t the SP.
965     // Note that this must come after eliminateFrameIndex, because 
966     // if I itself referred to a frame index, we shouldn't count its own
967     // adjustment.
968     if (MI && InsideCallSequence)
969       SPAdj += TII.getSPAdjust(MI);
970
971     if (DoIncr && I != BB->end()) ++I;
972
973     // Update register states.
974     if (RS && !FrameIndexVirtualScavenging && MI) RS->forward(MI);
975   }
976 }
977
978 /// scavengeFrameVirtualRegs - Replace all frame index virtual registers
979 /// with physical registers. Use the register scavenger to find an
980 /// appropriate register to use.
981 ///
982 /// FIXME: Iterating over the instruction stream is unnecessary. We can simply
983 /// iterate over the vreg use list, which at this point only contains machine
984 /// operands for which eliminateFrameIndex need a new scratch reg.
985 void
986 PEI::scavengeFrameVirtualRegs(MachineFunction &Fn) {
987   // Run through the instructions and find any virtual registers.
988   for (MachineFunction::iterator BB = Fn.begin(),
989        E = Fn.end(); BB != E; ++BB) {
990     RS->enterBasicBlock(BB);
991
992     int SPAdj = 0;
993
994     // The instruction stream may change in the loop, so check BB->end()
995     // directly.
996     for (MachineBasicBlock::iterator I = BB->begin(); I != BB->end(); ) {
997       // We might end up here again with a NULL iterator if we scavenged a
998       // register for which we inserted spill code for definition by what was
999       // originally the first instruction in BB.
1000       if (I == MachineBasicBlock::iterator(nullptr))
1001         I = BB->begin();
1002
1003       MachineInstr *MI = I;
1004       MachineBasicBlock::iterator J = std::next(I);
1005       MachineBasicBlock::iterator P =
1006                          I == BB->begin() ? MachineBasicBlock::iterator(nullptr)
1007                                           : std::prev(I);
1008
1009       // RS should process this instruction before we might scavenge at this
1010       // location. This is because we might be replacing a virtual register
1011       // defined by this instruction, and if so, registers killed by this
1012       // instruction are available, and defined registers are not.
1013       RS->forward(I);
1014
1015       for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1016         if (MI->getOperand(i).isReg()) {
1017           MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1018           unsigned Reg = MO.getReg();
1019           if (Reg == 0)
1020             continue;
1021           if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
1022             continue;
1023
1024           // When we first encounter a new virtual register, it
1025           // must be a definition.
1026           assert(MI->getOperand(i).isDef() &&
1027                  "frame index virtual missing def!");
1028           // Scavenge a new scratch register
1029           const TargetRegisterClass *RC = Fn.getRegInfo().getRegClass(Reg);
1030           unsigned ScratchReg = RS->scavengeRegister(RC, J, SPAdj);
1031
1032           ++NumScavengedRegs;
1033
1034           // Replace this reference to the virtual register with the
1035           // scratch register.
1036           assert (ScratchReg && "Missing scratch register!");
1037           Fn.getRegInfo().replaceRegWith(Reg, ScratchReg);
1038           
1039           // Because this instruction was processed by the RS before this
1040           // register was allocated, make sure that the RS now records the
1041           // register as being used.
1042           RS->setRegUsed(ScratchReg);
1043         }
1044       }
1045
1046       // If the scavenger needed to use one of its spill slots, the
1047       // spill code will have been inserted in between I and J. This is a
1048       // problem because we need the spill code before I: Move I to just
1049       // prior to J.
1050       if (I != std::prev(J)) {
1051         BB->splice(J, BB, I);
1052
1053         // Before we move I, we need to prepare the RS to visit I again.
1054         // Specifically, RS will assert if it sees uses of registers that
1055         // it believes are undefined. Because we have already processed
1056         // register kills in I, when it visits I again, it will believe that
1057         // those registers are undefined. To avoid this situation, unprocess
1058         // the instruction I.
1059         assert(RS->getCurrentPosition() == I &&
1060           "The register scavenger has an unexpected position");
1061         I = P;
1062         RS->unprocess(P);
1063       } else
1064         ++I;
1065     }
1066   }
1067 }