2a43811bf58593a4291a64e2a97876e5399fea2d
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocLinearScan.cpp
1 //===-- RegAllocLinearScan.cpp - Linear Scan register allocator -----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements a linear scan register allocator.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
15 #include "VirtRegMap.h"
16 #include "VirtRegRewriter.h"
17 #include "Spiller.h"
18 #include "llvm/Function.h"
19 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
20 #include "llvm/CodeGen/LiveStackAnalysis.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
24 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
25 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
26 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
27 #include "llvm/CodeGen/RegisterCoalescer.h"
28 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
29 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
30 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
31 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
32 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
38 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
39 #include <algorithm>
40 #include <set>
41 #include <queue>
42 #include <memory>
43 #include <cmath>
44
45 using namespace llvm;
46
47 STATISTIC(NumIters     , "Number of iterations performed");
48 STATISTIC(NumBacktracks, "Number of times we had to backtrack");
49 STATISTIC(NumCoalesce,   "Number of copies coalesced");
50 STATISTIC(NumDowngrade,  "Number of registers downgraded");
51
52 static cl::opt<bool>
53 NewHeuristic("new-spilling-heuristic",
54              cl::desc("Use new spilling heuristic"),
55              cl::init(false), cl::Hidden);
56
57 static cl::opt<bool>
58 PreSplitIntervals("pre-alloc-split",
59                   cl::desc("Pre-register allocation live interval splitting"),
60                   cl::init(false), cl::Hidden);
61
62 static cl::opt<bool>
63 TrivCoalesceEnds("trivial-coalesce-ends",
64                   cl::desc("Attempt trivial coalescing of interval ends"),
65                   cl::init(false), cl::Hidden);
66
67 static RegisterRegAlloc
68 linearscanRegAlloc("linearscan", "linear scan register allocator",
69                    createLinearScanRegisterAllocator);
70
71 namespace {
72   // When we allocate a register, add it to a fixed-size queue of
73   // registers to skip in subsequent allocations. This trades a small
74   // amount of register pressure and increased spills for flexibility in
75   // the post-pass scheduler.
76   //
77   // Note that in a the number of registers used for reloading spills
78   // will be one greater than the value of this option.
79   //
80   // One big limitation of this is that it doesn't differentiate between
81   // different register classes. So on x86-64, if there is xmm register
82   // pressure, it can caused fewer GPRs to be held in the queue.
83   static cl::opt<unsigned>
84   NumRecentlyUsedRegs("linearscan-skip-count",
85                       cl::desc("Number of registers for linearscan to remember to skip."),
86                       cl::init(0),
87                       cl::Hidden);
88  
89   struct RALinScan : public MachineFunctionPass {
90     static char ID;
91     RALinScan() : MachineFunctionPass(&ID) {
92       // Initialize the queue to record recently-used registers.
93       if (NumRecentlyUsedRegs > 0)
94         RecentRegs.resize(NumRecentlyUsedRegs, 0);
95       RecentNext = RecentRegs.begin();
96     }
97
98     typedef std::pair<LiveInterval*, LiveInterval::iterator> IntervalPtr;
99     typedef SmallVector<IntervalPtr, 32> IntervalPtrs;
100   private:
101     /// RelatedRegClasses - This structure is built the first time a function is
102     /// compiled, and keeps track of which register classes have registers that
103     /// belong to multiple classes or have aliases that are in other classes.
104     EquivalenceClasses<const TargetRegisterClass*> RelatedRegClasses;
105     DenseMap<unsigned, const TargetRegisterClass*> OneClassForEachPhysReg;
106
107     // NextReloadMap - For each register in the map, it maps to the another
108     // register which is defined by a reload from the same stack slot and
109     // both reloads are in the same basic block.
110     DenseMap<unsigned, unsigned> NextReloadMap;
111
112     // DowngradedRegs - A set of registers which are being "downgraded", i.e.
113     // un-favored for allocation.
114     SmallSet<unsigned, 8> DowngradedRegs;
115
116     // DowngradeMap - A map from virtual registers to physical registers being
117     // downgraded for the virtual registers.
118     DenseMap<unsigned, unsigned> DowngradeMap;
119
120     MachineFunction* mf_;
121     MachineRegisterInfo* mri_;
122     const TargetMachine* tm_;
123     const TargetRegisterInfo* tri_;
124     const TargetInstrInfo* tii_;
125     BitVector allocatableRegs_;
126     LiveIntervals* li_;
127     LiveStacks* ls_;
128     const MachineLoopInfo *loopInfo;
129
130     /// handled_ - Intervals are added to the handled_ set in the order of their
131     /// start value.  This is uses for backtracking.
132     std::vector<LiveInterval*> handled_;
133
134     /// fixed_ - Intervals that correspond to machine registers.
135     ///
136     IntervalPtrs fixed_;
137
138     /// active_ - Intervals that are currently being processed, and which have a
139     /// live range active for the current point.
140     IntervalPtrs active_;
141
142     /// inactive_ - Intervals that are currently being processed, but which have
143     /// a hold at the current point.
144     IntervalPtrs inactive_;
145
146     typedef std::priority_queue<LiveInterval*,
147                                 SmallVector<LiveInterval*, 64>,
148                                 greater_ptr<LiveInterval> > IntervalHeap;
149     IntervalHeap unhandled_;
150
151     /// regUse_ - Tracks register usage.
152     SmallVector<unsigned, 32> regUse_;
153     SmallVector<unsigned, 32> regUseBackUp_;
154
155     /// vrm_ - Tracks register assignments.
156     VirtRegMap* vrm_;
157
158     std::auto_ptr<VirtRegRewriter> rewriter_;
159
160     std::auto_ptr<Spiller> spiller_;
161
162     // The queue of recently-used registers.
163     SmallVector<unsigned, 4> RecentRegs;
164     SmallVector<unsigned, 4>::iterator RecentNext;
165
166     // Record that we just picked this register.
167     void recordRecentlyUsed(unsigned reg) {
168       assert(reg != 0 && "Recently used register is NOREG!");
169       if (!RecentRegs.empty()) {
170         *RecentNext++ = reg;
171         if (RecentNext == RecentRegs.end())
172           RecentNext = RecentRegs.begin();
173       }
174     }
175
176   public:
177     virtual const char* getPassName() const {
178       return "Linear Scan Register Allocator";
179     }
180
181     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
182       AU.setPreservesCFG();
183       AU.addRequired<LiveIntervals>();
184       AU.addPreserved<SlotIndexes>();
185       if (StrongPHIElim)
186         AU.addRequiredID(StrongPHIEliminationID);
187       // Make sure PassManager knows which analyses to make available
188       // to coalescing and which analyses coalescing invalidates.
189       AU.addRequiredTransitive<RegisterCoalescer>();
190       if (PreSplitIntervals)
191         AU.addRequiredID(PreAllocSplittingID);
192       AU.addRequired<LiveStacks>();
193       AU.addPreserved<LiveStacks>();
194       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
195       AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
196       AU.addRequired<VirtRegMap>();
197       AU.addPreserved<VirtRegMap>();
198       AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
199       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
200     }
201
202     /// runOnMachineFunction - register allocate the whole function
203     bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
204
205     // Determine if we skip this register due to its being recently used.
206     bool isRecentlyUsed(unsigned reg) const {
207       return std::find(RecentRegs.begin(), RecentRegs.end(), reg) !=
208              RecentRegs.end();
209     }
210
211   private:
212     /// linearScan - the linear scan algorithm
213     void linearScan();
214
215     /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
216     ///
217     void initIntervalSets();
218
219     /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping
220     /// ones to the inactive list.
221     void processActiveIntervals(SlotIndex CurPoint);
222
223     /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
224     /// ones to the active list.
225     void processInactiveIntervals(SlotIndex CurPoint);
226
227     /// hasNextReloadInterval - Return the next liveinterval that's being
228     /// defined by a reload from the same SS as the specified one.
229     LiveInterval *hasNextReloadInterval(LiveInterval *cur);
230
231     /// DowngradeRegister - Downgrade a register for allocation.
232     void DowngradeRegister(LiveInterval *li, unsigned Reg);
233
234     /// UpgradeRegister - Upgrade a register for allocation.
235     void UpgradeRegister(unsigned Reg);
236
237     /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one
238     /// is available, or spill.
239     void assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur);
240
241     void updateSpillWeights(std::vector<float> &Weights,
242                             unsigned reg, float weight,
243                             const TargetRegisterClass *RC);
244
245     /// findIntervalsToSpill - Determine the intervals to spill for the
246     /// specified interval. It's passed the physical registers whose spill
247     /// weight is the lowest among all the registers whose live intervals
248     /// conflict with the interval.
249     void findIntervalsToSpill(LiveInterval *cur,
250                             std::vector<std::pair<unsigned,float> > &Candidates,
251                             unsigned NumCands,
252                             SmallVector<LiveInterval*, 8> &SpillIntervals);
253
254     /// attemptTrivialCoalescing - If a simple interval is defined by a copy,
255     /// try allocate the definition the same register as the source register
256     /// if the register is not defined during live time of the interval. This
257     /// eliminate a copy. This is used to coalesce copies which were not
258     /// coalesced away before allocation either due to dest and src being in
259     /// different register classes or because the coalescer was overly
260     /// conservative.
261     unsigned attemptTrivialCoalescing(LiveInterval &cur, unsigned Reg);
262
263     ///
264     /// Register usage / availability tracking helpers.
265     ///
266
267     void initRegUses() {
268       regUse_.resize(tri_->getNumRegs(), 0);
269       regUseBackUp_.resize(tri_->getNumRegs(), 0);
270     }
271
272     void finalizeRegUses() {
273 #ifndef NDEBUG
274       // Verify all the registers are "freed".
275       bool Error = false;
276       for (unsigned i = 0, e = tri_->getNumRegs(); i != e; ++i) {
277         if (regUse_[i] != 0) {
278           errs() << tri_->getName(i) << " is still in use!\n";
279           Error = true;
280         }
281       }
282       if (Error)
283         llvm_unreachable(0);
284 #endif
285       regUse_.clear();
286       regUseBackUp_.clear();
287     }
288
289     void addRegUse(unsigned physReg) {
290       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
291              "should be physical register!");
292       ++regUse_[physReg];
293       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(physReg); *as; ++as)
294         ++regUse_[*as];
295     }
296
297     void delRegUse(unsigned physReg) {
298       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
299              "should be physical register!");
300       assert(regUse_[physReg] != 0);
301       --regUse_[physReg];
302       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(physReg); *as; ++as) {
303         assert(regUse_[*as] != 0);
304         --regUse_[*as];
305       }
306     }
307
308     bool isRegAvail(unsigned physReg) const {
309       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
310              "should be physical register!");
311       return regUse_[physReg] == 0;
312     }
313
314     void backUpRegUses() {
315       regUseBackUp_ = regUse_;
316     }
317
318     void restoreRegUses() {
319       regUse_ = regUseBackUp_;
320     }
321
322     ///
323     /// Register handling helpers.
324     ///
325
326     /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual
327     /// register interval if we have one, otherwise return 0.
328     unsigned getFreePhysReg(LiveInterval* cur);
329     unsigned getFreePhysReg(LiveInterval* cur,
330                             const TargetRegisterClass *RC,
331                             unsigned MaxInactiveCount,
332                             SmallVector<unsigned, 256> &inactiveCounts,
333                             bool SkipDGRegs);
334
335     /// assignVirt2StackSlot - assigns this virtual register to a
336     /// stack slot. returns the stack slot
337     int assignVirt2StackSlot(unsigned virtReg);
338
339     void ComputeRelatedRegClasses();
340
341     template <typename ItTy>
342     void printIntervals(const char* const str, ItTy i, ItTy e) const {
343       DEBUG({
344           if (str)
345             errs() << str << " intervals:\n";
346
347           for (; i != e; ++i) {
348             errs() << "\t" << *i->first << " -> ";
349
350             unsigned reg = i->first->reg;
351             if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg))
352               reg = vrm_->getPhys(reg);
353
354             errs() << tri_->getName(reg) << '\n';
355           }
356         });
357     }
358   };
359   char RALinScan::ID = 0;
360 }
361
362 static RegisterPass<RALinScan>
363 X("linearscan-regalloc", "Linear Scan Register Allocator");
364
365 void RALinScan::ComputeRelatedRegClasses() {
366   // First pass, add all reg classes to the union, and determine at least one
367   // reg class that each register is in.
368   bool HasAliases = false;
369   for (TargetRegisterInfo::regclass_iterator RCI = tri_->regclass_begin(),
370        E = tri_->regclass_end(); RCI != E; ++RCI) {
371     RelatedRegClasses.insert(*RCI);
372     for (TargetRegisterClass::iterator I = (*RCI)->begin(), E = (*RCI)->end();
373          I != E; ++I) {
374       HasAliases = HasAliases || *tri_->getAliasSet(*I) != 0;
375       
376       const TargetRegisterClass *&PRC = OneClassForEachPhysReg[*I];
377       if (PRC) {
378         // Already processed this register.  Just make sure we know that
379         // multiple register classes share a register.
380         RelatedRegClasses.unionSets(PRC, *RCI);
381       } else {
382         PRC = *RCI;
383       }
384     }
385   }
386   
387   // Second pass, now that we know conservatively what register classes each reg
388   // belongs to, add info about aliases.  We don't need to do this for targets
389   // without register aliases.
390   if (HasAliases)
391     for (DenseMap<unsigned, const TargetRegisterClass*>::iterator
392          I = OneClassForEachPhysReg.begin(), E = OneClassForEachPhysReg.end();
393          I != E; ++I)
394       for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(I->first); *AS; ++AS)
395         RelatedRegClasses.unionSets(I->second, OneClassForEachPhysReg[*AS]);
396 }
397
398 /// attemptTrivialCoalescing - If a simple interval is defined by a copy, try
399 /// allocate the definition the same register as the source register if the
400 /// register is not defined during live time of the interval. If the interval is
401 /// killed by a copy, try to use the destination register. This eliminates a
402 /// copy. This is used to coalesce copies which were not coalesced away before
403 /// allocation either due to dest and src being in different register classes or
404 /// because the coalescer was overly conservative.
405 unsigned RALinScan::attemptTrivialCoalescing(LiveInterval &cur, unsigned Reg) {
406   unsigned Preference = vrm_->getRegAllocPref(cur.reg);
407   if ((Preference && Preference == Reg) || !cur.containsOneValue())
408     return Reg;
409
410   // We cannot handle complicated live ranges. Simple linear stuff only.
411   if (cur.ranges.size() != 1)
412     return Reg;
413
414   const LiveRange &range = cur.ranges.front();
415
416   VNInfo *vni = range.valno;
417   if (vni->isUnused())
418     return Reg;
419
420   unsigned CandReg;
421   {
422     MachineInstr *CopyMI;
423     unsigned SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg;
424     if (vni->def != SlotIndex() && vni->isDefAccurate() &&
425         (CopyMI = li_->getInstructionFromIndex(vni->def)) &&
426         tii_->isMoveInstr(*CopyMI, SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg))
427       // Defined by a copy, try to extend SrcReg forward
428       CandReg = SrcReg;
429     else if (TrivCoalesceEnds &&
430              (CopyMI =
431               li_->getInstructionFromIndex(range.end.getBaseIndex())) &&
432              tii_->isMoveInstr(*CopyMI, SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg) &&
433              cur.reg == SrcReg)
434       // Only used by a copy, try to extend DstReg backwards
435       CandReg = DstReg;
436     else
437       return Reg;
438   }
439
440   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(CandReg)) {
441     if (!vrm_->isAssignedReg(CandReg))
442       return Reg;
443     CandReg = vrm_->getPhys(CandReg);
444   }
445   if (Reg == CandReg)
446     return Reg;
447
448   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur.reg);
449   if (!RC->contains(CandReg))
450     return Reg;
451
452   if (li_->conflictsWithPhysReg(cur, *vrm_, CandReg))
453     return Reg;
454
455   // Try to coalesce.
456   DEBUG(errs() << "Coalescing: " << cur << " -> " << tri_->getName(CandReg)
457         << '\n');
458   vrm_->clearVirt(cur.reg);
459   vrm_->assignVirt2Phys(cur.reg, CandReg);
460
461   ++NumCoalesce;
462   return CandReg;
463 }
464
465 bool RALinScan::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
466   mf_ = &fn;
467   mri_ = &fn.getRegInfo();
468   tm_ = &fn.getTarget();
469   tri_ = tm_->getRegisterInfo();
470   tii_ = tm_->getInstrInfo();
471   allocatableRegs_ = tri_->getAllocatableSet(fn);
472   li_ = &getAnalysis<LiveIntervals>();
473   ls_ = &getAnalysis<LiveStacks>();
474   loopInfo = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
475
476   // We don't run the coalescer here because we have no reason to
477   // interact with it.  If the coalescer requires interaction, it
478   // won't do anything.  If it doesn't require interaction, we assume
479   // it was run as a separate pass.
480
481   // If this is the first function compiled, compute the related reg classes.
482   if (RelatedRegClasses.empty())
483     ComputeRelatedRegClasses();
484
485   // Also resize register usage trackers.
486   initRegUses();
487
488   vrm_ = &getAnalysis<VirtRegMap>();
489   if (!rewriter_.get()) rewriter_.reset(createVirtRegRewriter());
490   
491   spiller_.reset(createSpiller(mf_, li_, loopInfo, vrm_));
492   
493   initIntervalSets();
494
495   linearScan();
496
497   // Rewrite spill code and update the PhysRegsUsed set.
498   rewriter_->runOnMachineFunction(*mf_, *vrm_, li_);
499
500   assert(unhandled_.empty() && "Unhandled live intervals remain!");
501
502   finalizeRegUses();
503
504   fixed_.clear();
505   active_.clear();
506   inactive_.clear();
507   handled_.clear();
508   NextReloadMap.clear();
509   DowngradedRegs.clear();
510   DowngradeMap.clear();
511   spiller_.reset(0);
512
513   return true;
514 }
515
516 /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
517 ///
518 void RALinScan::initIntervalSets()
519 {
520   assert(unhandled_.empty() && fixed_.empty() &&
521          active_.empty() && inactive_.empty() &&
522          "interval sets should be empty on initialization");
523
524   handled_.reserve(li_->getNumIntervals());
525
526   for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i) {
527     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->second->reg)) {
528       if (!i->second->empty()) {
529         mri_->setPhysRegUsed(i->second->reg);
530         fixed_.push_back(std::make_pair(i->second, i->second->begin()));
531       }
532     } else {
533       if (i->second->empty()) {
534         assignRegOrStackSlotAtInterval(i->second);
535       }
536       else
537         unhandled_.push(i->second);
538     }
539   }
540 }
541
542 void RALinScan::linearScan() {
543   // linear scan algorithm
544   DEBUG({
545       errs() << "********** LINEAR SCAN **********\n"
546              << "********** Function: " 
547              << mf_->getFunction()->getName() << '\n';
548       printIntervals("fixed", fixed_.begin(), fixed_.end());
549     });
550
551   while (!unhandled_.empty()) {
552     // pick the interval with the earliest start point
553     LiveInterval* cur = unhandled_.top();
554     unhandled_.pop();
555     ++NumIters;
556     DEBUG(errs() << "\n*** CURRENT ***: " << *cur << '\n');
557
558     assert(!cur->empty() && "Empty interval in unhandled set.");
559
560     processActiveIntervals(cur->beginIndex());
561     processInactiveIntervals(cur->beginIndex());
562
563     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(cur->reg) &&
564            "Can only allocate virtual registers!");
565
566     // Allocating a virtual register. try to find a free
567     // physical register or spill an interval (possibly this one) in order to
568     // assign it one.
569     assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
570
571     DEBUG({
572         printIntervals("active", active_.begin(), active_.end());
573         printIntervals("inactive", inactive_.begin(), inactive_.end());
574       });
575   }
576
577   // Expire any remaining active intervals
578   while (!active_.empty()) {
579     IntervalPtr &IP = active_.back();
580     unsigned reg = IP.first->reg;
581     DEBUG(errs() << "\tinterval " << *IP.first << " expired\n");
582     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
583            "Can only allocate virtual registers!");
584     reg = vrm_->getPhys(reg);
585     delRegUse(reg);
586     active_.pop_back();
587   }
588
589   // Expire any remaining inactive intervals
590   DEBUG({
591       for (IntervalPtrs::reverse_iterator
592              i = inactive_.rbegin(); i != inactive_.rend(); ++i)
593         errs() << "\tinterval " << *i->first << " expired\n";
594     });
595   inactive_.clear();
596
597   // Add live-ins to every BB except for entry. Also perform trivial coalescing.
598   MachineFunction::iterator EntryMBB = mf_->begin();
599   SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> LiveInMBBs;
600   for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i) {
601     LiveInterval &cur = *i->second;
602     unsigned Reg = 0;
603     bool isPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(cur.reg);
604     if (isPhys)
605       Reg = cur.reg;
606     else if (vrm_->isAssignedReg(cur.reg))
607       Reg = attemptTrivialCoalescing(cur, vrm_->getPhys(cur.reg));
608     if (!Reg)
609       continue;
610     // Ignore splited live intervals.
611     if (!isPhys && vrm_->getPreSplitReg(cur.reg))
612       continue;
613
614     for (LiveInterval::Ranges::const_iterator I = cur.begin(), E = cur.end();
615          I != E; ++I) {
616       const LiveRange &LR = *I;
617       if (li_->findLiveInMBBs(LR.start, LR.end, LiveInMBBs)) {
618         for (unsigned i = 0, e = LiveInMBBs.size(); i != e; ++i)
619           if (LiveInMBBs[i] != EntryMBB) {
620             assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) &&
621                    "Adding a virtual register to livein set?");
622             LiveInMBBs[i]->addLiveIn(Reg);
623           }
624         LiveInMBBs.clear();
625       }
626     }
627   }
628
629   DEBUG(errs() << *vrm_);
630
631   // Look for physical registers that end up not being allocated even though
632   // register allocator had to spill other registers in its register class.
633   if (ls_->getNumIntervals() == 0)
634     return;
635   if (!vrm_->FindUnusedRegisters(li_))
636     return;
637 }
638
639 /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping ones
640 /// to the inactive list.
641 void RALinScan::processActiveIntervals(SlotIndex CurPoint)
642 {
643   DEBUG(errs() << "\tprocessing active intervals:\n");
644
645   for (unsigned i = 0, e = active_.size(); i != e; ++i) {
646     LiveInterval *Interval = active_[i].first;
647     LiveInterval::iterator IntervalPos = active_[i].second;
648     unsigned reg = Interval->reg;
649
650     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
651
652     if (IntervalPos == Interval->end()) {     // Remove expired intervals.
653       DEBUG(errs() << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n");
654       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
655              "Can only allocate virtual registers!");
656       reg = vrm_->getPhys(reg);
657       delRegUse(reg);
658
659       // Pop off the end of the list.
660       active_[i] = active_.back();
661       active_.pop_back();
662       --i; --e;
663
664     } else if (IntervalPos->start > CurPoint) {
665       // Move inactive intervals to inactive list.
666       DEBUG(errs() << "\t\tinterval " << *Interval << " inactive\n");
667       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
668              "Can only allocate virtual registers!");
669       reg = vrm_->getPhys(reg);
670       delRegUse(reg);
671       // add to inactive.
672       inactive_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
673
674       // Pop off the end of the list.
675       active_[i] = active_.back();
676       active_.pop_back();
677       --i; --e;
678     } else {
679       // Otherwise, just update the iterator position.
680       active_[i].second = IntervalPos;
681     }
682   }
683 }
684
685 /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
686 /// ones to the active list.
687 void RALinScan::processInactiveIntervals(SlotIndex CurPoint)
688 {
689   DEBUG(errs() << "\tprocessing inactive intervals:\n");
690
691   for (unsigned i = 0, e = inactive_.size(); i != e; ++i) {
692     LiveInterval *Interval = inactive_[i].first;
693     LiveInterval::iterator IntervalPos = inactive_[i].second;
694     unsigned reg = Interval->reg;
695
696     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
697
698     if (IntervalPos == Interval->end()) {       // remove expired intervals.
699       DEBUG(errs() << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n");
700
701       // Pop off the end of the list.
702       inactive_[i] = inactive_.back();
703       inactive_.pop_back();
704       --i; --e;
705     } else if (IntervalPos->start <= CurPoint) {
706       // move re-activated intervals in active list
707       DEBUG(errs() << "\t\tinterval " << *Interval << " active\n");
708       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
709              "Can only allocate virtual registers!");
710       reg = vrm_->getPhys(reg);
711       addRegUse(reg);
712       // add to active
713       active_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
714
715       // Pop off the end of the list.
716       inactive_[i] = inactive_.back();
717       inactive_.pop_back();
718       --i; --e;
719     } else {
720       // Otherwise, just update the iterator position.
721       inactive_[i].second = IntervalPos;
722     }
723   }
724 }
725
726 /// updateSpillWeights - updates the spill weights of the specifed physical
727 /// register and its weight.
728 void RALinScan::updateSpillWeights(std::vector<float> &Weights,
729                                    unsigned reg, float weight,
730                                    const TargetRegisterClass *RC) {
731   SmallSet<unsigned, 4> Processed;
732   SmallSet<unsigned, 4> SuperAdded;
733   SmallVector<unsigned, 4> Supers;
734   Weights[reg] += weight;
735   Processed.insert(reg);
736   for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(reg); *as; ++as) {
737     Weights[*as] += weight;
738     Processed.insert(*as);
739     if (tri_->isSubRegister(*as, reg) &&
740         SuperAdded.insert(*as) &&
741         RC->contains(*as)) {
742       Supers.push_back(*as);
743     }
744   }
745
746   // If the alias is a super-register, and the super-register is in the
747   // register class we are trying to allocate. Then add the weight to all
748   // sub-registers of the super-register even if they are not aliases.
749   // e.g. allocating for GR32, bh is not used, updating bl spill weight.
750   //      bl should get the same spill weight otherwise it will be choosen
751   //      as a spill candidate since spilling bh doesn't make ebx available.
752   for (unsigned i = 0, e = Supers.size(); i != e; ++i) {
753     for (const unsigned *sr = tri_->getSubRegisters(Supers[i]); *sr; ++sr)
754       if (!Processed.count(*sr))
755         Weights[*sr] += weight;
756   }
757 }
758
759 static
760 RALinScan::IntervalPtrs::iterator
761 FindIntervalInVector(RALinScan::IntervalPtrs &IP, LiveInterval *LI) {
762   for (RALinScan::IntervalPtrs::iterator I = IP.begin(), E = IP.end();
763        I != E; ++I)
764     if (I->first == LI) return I;
765   return IP.end();
766 }
767
768 static void RevertVectorIteratorsTo(RALinScan::IntervalPtrs &V, SlotIndex Point){
769   for (unsigned i = 0, e = V.size(); i != e; ++i) {
770     RALinScan::IntervalPtr &IP = V[i];
771     LiveInterval::iterator I = std::upper_bound(IP.first->begin(),
772                                                 IP.second, Point);
773     if (I != IP.first->begin()) --I;
774     IP.second = I;
775   }
776 }
777
778 /// addStackInterval - Create a LiveInterval for stack if the specified live
779 /// interval has been spilled.
780 static void addStackInterval(LiveInterval *cur, LiveStacks *ls_,
781                              LiveIntervals *li_,
782                              MachineRegisterInfo* mri_, VirtRegMap &vrm_) {
783   int SS = vrm_.getStackSlot(cur->reg);
784   if (SS == VirtRegMap::NO_STACK_SLOT)
785     return;
786
787   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
788   LiveInterval &SI = ls_->getOrCreateInterval(SS, RC);
789
790   VNInfo *VNI;
791   if (SI.hasAtLeastOneValue())
792     VNI = SI.getValNumInfo(0);
793   else
794     VNI = SI.getNextValue(SlotIndex(), 0, false,
795                           ls_->getVNInfoAllocator());
796
797   LiveInterval &RI = li_->getInterval(cur->reg);
798   // FIXME: This may be overly conservative.
799   SI.MergeRangesInAsValue(RI, VNI);
800 }
801
802 /// getConflictWeight - Return the number of conflicts between cur
803 /// live interval and defs and uses of Reg weighted by loop depthes.
804 static
805 float getConflictWeight(LiveInterval *cur, unsigned Reg, LiveIntervals *li_,
806                         MachineRegisterInfo *mri_,
807                         const MachineLoopInfo *loopInfo) {
808   float Conflicts = 0;
809   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = mri_->reg_begin(Reg),
810          E = mri_->reg_end(); I != E; ++I) {
811     MachineInstr *MI = &*I;
812     if (cur->liveAt(li_->getInstructionIndex(MI))) {
813       unsigned loopDepth = loopInfo->getLoopDepth(MI->getParent());
814       Conflicts += powf(10.0f, (float)loopDepth);
815     }
816   }
817   return Conflicts;
818 }
819
820 /// findIntervalsToSpill - Determine the intervals to spill for the
821 /// specified interval. It's passed the physical registers whose spill
822 /// weight is the lowest among all the registers whose live intervals
823 /// conflict with the interval.
824 void RALinScan::findIntervalsToSpill(LiveInterval *cur,
825                             std::vector<std::pair<unsigned,float> > &Candidates,
826                             unsigned NumCands,
827                             SmallVector<LiveInterval*, 8> &SpillIntervals) {
828   // We have figured out the *best* register to spill. But there are other
829   // registers that are pretty good as well (spill weight within 3%). Spill
830   // the one that has fewest defs and uses that conflict with cur.
831   float Conflicts[3] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f };
832   SmallVector<LiveInterval*, 8> SLIs[3];
833
834   DEBUG({
835       errs() << "\tConsidering " << NumCands << " candidates: ";
836       for (unsigned i = 0; i != NumCands; ++i)
837         errs() << tri_->getName(Candidates[i].first) << " ";
838       errs() << "\n";
839     });
840   
841   // Calculate the number of conflicts of each candidate.
842   for (IntervalPtrs::iterator i = active_.begin(); i != active_.end(); ++i) {
843     unsigned Reg = i->first->reg;
844     unsigned PhysReg = vrm_->getPhys(Reg);
845     if (!cur->overlapsFrom(*i->first, i->second))
846       continue;
847     for (unsigned j = 0; j < NumCands; ++j) {
848       unsigned Candidate = Candidates[j].first;
849       if (tri_->regsOverlap(PhysReg, Candidate)) {
850         if (NumCands > 1)
851           Conflicts[j] += getConflictWeight(cur, Reg, li_, mri_, loopInfo);
852         SLIs[j].push_back(i->first);
853       }
854     }
855   }
856
857   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(); i != inactive_.end(); ++i){
858     unsigned Reg = i->first->reg;
859     unsigned PhysReg = vrm_->getPhys(Reg);
860     if (!cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1))
861       continue;
862     for (unsigned j = 0; j < NumCands; ++j) {
863       unsigned Candidate = Candidates[j].first;
864       if (tri_->regsOverlap(PhysReg, Candidate)) {
865         if (NumCands > 1)
866           Conflicts[j] += getConflictWeight(cur, Reg, li_, mri_, loopInfo);
867         SLIs[j].push_back(i->first);
868       }
869     }
870   }
871
872   // Which is the best candidate?
873   unsigned BestCandidate = 0;
874   float MinConflicts = Conflicts[0];
875   for (unsigned i = 1; i != NumCands; ++i) {
876     if (Conflicts[i] < MinConflicts) {
877       BestCandidate = i;
878       MinConflicts = Conflicts[i];
879     }
880   }
881
882   std::copy(SLIs[BestCandidate].begin(), SLIs[BestCandidate].end(),
883             std::back_inserter(SpillIntervals));
884 }
885
886 namespace {
887   struct WeightCompare {
888   private:
889     const RALinScan &Allocator;
890
891   public:
892     WeightCompare(const RALinScan &Alloc) : Allocator(Alloc) {};
893
894     typedef std::pair<unsigned, float> RegWeightPair;
895     bool operator()(const RegWeightPair &LHS, const RegWeightPair &RHS) const {
896       return LHS.second < RHS.second && !Allocator.isRecentlyUsed(LHS.first);
897     }
898   };
899 }
900
901 static bool weightsAreClose(float w1, float w2) {
902   if (!NewHeuristic)
903     return false;
904
905   float diff = w1 - w2;
906   if (diff <= 0.02f)  // Within 0.02f
907     return true;
908   return (diff / w2) <= 0.05f;  // Within 5%.
909 }
910
911 LiveInterval *RALinScan::hasNextReloadInterval(LiveInterval *cur) {
912   DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator I = NextReloadMap.find(cur->reg);
913   if (I == NextReloadMap.end())
914     return 0;
915   return &li_->getInterval(I->second);
916 }
917
918 void RALinScan::DowngradeRegister(LiveInterval *li, unsigned Reg) {
919   bool isNew = DowngradedRegs.insert(Reg);
920   isNew = isNew; // Silence compiler warning.
921   assert(isNew && "Multiple reloads holding the same register?");
922   DowngradeMap.insert(std::make_pair(li->reg, Reg));
923   for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS) {
924     isNew = DowngradedRegs.insert(*AS);
925     isNew = isNew; // Silence compiler warning.
926     assert(isNew && "Multiple reloads holding the same register?");
927     DowngradeMap.insert(std::make_pair(li->reg, *AS));
928   }
929   ++NumDowngrade;
930 }
931
932 void RALinScan::UpgradeRegister(unsigned Reg) {
933   if (Reg) {
934     DowngradedRegs.erase(Reg);
935     for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS)
936       DowngradedRegs.erase(*AS);
937   }
938 }
939
940 namespace {
941   struct LISorter {
942     bool operator()(LiveInterval* A, LiveInterval* B) {
943       return A->beginIndex() < B->beginIndex();
944     }
945   };
946 }
947
948 /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one is available, or
949 /// spill.
950 void RALinScan::assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur) {
951   DEBUG(errs() << "\tallocating current interval: ");
952
953   // This is an implicitly defined live interval, just assign any register.
954   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
955   if (cur->empty()) {
956     unsigned physReg = vrm_->getRegAllocPref(cur->reg);
957     if (!physReg)
958       physReg = *RC->allocation_order_begin(*mf_);
959     DEBUG(errs() <<  tri_->getName(physReg) << '\n');
960     // Note the register is not really in use.
961     vrm_->assignVirt2Phys(cur->reg, physReg);
962     return;
963   }
964
965   backUpRegUses();
966
967   std::vector<std::pair<unsigned, float> > SpillWeightsToAdd;
968   SlotIndex StartPosition = cur->beginIndex();
969   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
970
971   // If start of this live interval is defined by a move instruction and its
972   // source is assigned a physical register that is compatible with the target
973   // register class, then we should try to assign it the same register.
974   // This can happen when the move is from a larger register class to a smaller
975   // one, e.g. X86::mov32to32_. These move instructions are not coalescable.
976   if (!vrm_->getRegAllocPref(cur->reg) && cur->hasAtLeastOneValue()) {
977     VNInfo *vni = cur->begin()->valno;
978     if ((vni->def != SlotIndex()) && !vni->isUnused() &&
979          vni->isDefAccurate()) {
980       MachineInstr *CopyMI = li_->getInstructionFromIndex(vni->def);
981       unsigned SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg;
982       if (CopyMI &&
983           tii_->isMoveInstr(*CopyMI, SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg)) {
984         unsigned Reg = 0;
985         if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
986           Reg = SrcReg;
987         else if (vrm_->isAssignedReg(SrcReg))
988           Reg = vrm_->getPhys(SrcReg);
989         if (Reg) {
990           if (SrcSubReg)
991             Reg = tri_->getSubReg(Reg, SrcSubReg);
992           if (DstSubReg)
993             Reg = tri_->getMatchingSuperReg(Reg, DstSubReg, RC);
994           if (Reg && allocatableRegs_[Reg] && RC->contains(Reg))
995             mri_->setRegAllocationHint(cur->reg, 0, Reg);
996         }
997       }
998     }
999   }
1000
1001   // For every interval in inactive we overlap with, mark the
1002   // register as not free and update spill weights.
1003   for (IntervalPtrs::const_iterator i = inactive_.begin(),
1004          e = inactive_.end(); i != e; ++i) {
1005     unsigned Reg = i->first->reg;
1006     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
1007            "Can only allocate virtual registers!");
1008     const TargetRegisterClass *RegRC = mri_->getRegClass(Reg);
1009     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating, 
1010     // don't check it.
1011     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&
1012         cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1)) {
1013       Reg = vrm_->getPhys(Reg);
1014       addRegUse(Reg);
1015       SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(Reg, i->first->weight));
1016     }
1017   }
1018   
1019   // Speculatively check to see if we can get a register right now.  If not,
1020   // we know we won't be able to by adding more constraints.  If so, we can
1021   // check to see if it is valid.  Doing an exhaustive search of the fixed_ list
1022   // is very bad (it contains all callee clobbered registers for any functions
1023   // with a call), so we want to avoid doing that if possible.
1024   unsigned physReg = getFreePhysReg(cur);
1025   unsigned BestPhysReg = physReg;
1026   if (physReg) {
1027     // We got a register.  However, if it's in the fixed_ list, we might
1028     // conflict with it.  Check to see if we conflict with it or any of its
1029     // aliases.
1030     SmallSet<unsigned, 8> RegAliases;
1031     for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(physReg); *AS; ++AS)
1032       RegAliases.insert(*AS);
1033     
1034     bool ConflictsWithFixed = false;
1035     for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
1036       IntervalPtr &IP = fixed_[i];
1037       if (physReg == IP.first->reg || RegAliases.count(IP.first->reg)) {
1038         // Okay, this reg is on the fixed list.  Check to see if we actually
1039         // conflict.
1040         LiveInterval *I = IP.first;
1041         if (I->endIndex() > StartPosition) {
1042           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
1043           IP.second = II;
1044           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
1045             --II;
1046           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
1047             ConflictsWithFixed = true;
1048             break;
1049           }
1050         }
1051       }
1052     }
1053     
1054     // Okay, the register picked by our speculative getFreePhysReg call turned
1055     // out to be in use.  Actually add all of the conflicting fixed registers to
1056     // regUse_ so we can do an accurate query.
1057     if (ConflictsWithFixed) {
1058       // For every interval in fixed we overlap with, mark the register as not
1059       // free and update spill weights.
1060       for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
1061         IntervalPtr &IP = fixed_[i];
1062         LiveInterval *I = IP.first;
1063
1064         const TargetRegisterClass *RegRC = OneClassForEachPhysReg[I->reg];
1065         if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&       
1066             I->endIndex() > StartPosition) {
1067           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
1068           IP.second = II;
1069           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
1070             --II;
1071           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
1072             unsigned reg = I->reg;
1073             addRegUse(reg);
1074             SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(reg, I->weight));
1075           }
1076         }
1077       }
1078
1079       // Using the newly updated regUse_ object, which includes conflicts in the
1080       // future, see if there are any registers available.
1081       physReg = getFreePhysReg(cur);
1082     }
1083   }
1084     
1085   // Restore the physical register tracker, removing information about the
1086   // future.
1087   restoreRegUses();
1088   
1089   // If we find a free register, we are done: assign this virtual to
1090   // the free physical register and add this interval to the active
1091   // list.
1092   if (physReg) {
1093     DEBUG(errs() <<  tri_->getName(physReg) << '\n');
1094     vrm_->assignVirt2Phys(cur->reg, physReg);
1095     addRegUse(physReg);
1096     active_.push_back(std::make_pair(cur, cur->begin()));
1097     handled_.push_back(cur);
1098
1099     // "Upgrade" the physical register since it has been allocated.
1100     UpgradeRegister(physReg);
1101     if (LiveInterval *NextReloadLI = hasNextReloadInterval(cur)) {
1102       // "Downgrade" physReg to try to keep physReg from being allocated until
1103       // the next reload from the same SS is allocated. 
1104       mri_->setRegAllocationHint(NextReloadLI->reg, 0, physReg);
1105       DowngradeRegister(cur, physReg);
1106     }
1107     return;
1108   }
1109   DEBUG(errs() << "no free registers\n");
1110
1111   // Compile the spill weights into an array that is better for scanning.
1112   std::vector<float> SpillWeights(tri_->getNumRegs(), 0.0f);
1113   for (std::vector<std::pair<unsigned, float> >::iterator
1114        I = SpillWeightsToAdd.begin(), E = SpillWeightsToAdd.end(); I != E; ++I)
1115     updateSpillWeights(SpillWeights, I->first, I->second, RC);
1116   
1117   // for each interval in active, update spill weights.
1118   for (IntervalPtrs::const_iterator i = active_.begin(), e = active_.end();
1119        i != e; ++i) {
1120     unsigned reg = i->first->reg;
1121     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
1122            "Can only allocate virtual registers!");
1123     reg = vrm_->getPhys(reg);
1124     updateSpillWeights(SpillWeights, reg, i->first->weight, RC);
1125   }
1126  
1127   DEBUG(errs() << "\tassigning stack slot at interval "<< *cur << ":\n");
1128
1129   // Find a register to spill.
1130   float minWeight = HUGE_VALF;
1131   unsigned minReg = 0;
1132
1133   bool Found = false;
1134   std::vector<std::pair<unsigned,float> > RegsWeights;
1135   if (!minReg || SpillWeights[minReg] == HUGE_VALF)
1136     for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
1137            e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
1138       unsigned reg = *i;
1139       float regWeight = SpillWeights[reg];
1140       // Skip recently allocated registers.
1141       if (minWeight > regWeight && !isRecentlyUsed(reg))
1142         Found = true;
1143       RegsWeights.push_back(std::make_pair(reg, regWeight));
1144     }
1145   
1146   // If we didn't find a register that is spillable, try aliases?
1147   if (!Found) {
1148     for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
1149            e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
1150       unsigned reg = *i;
1151       // No need to worry about if the alias register size < regsize of RC.
1152       // We are going to spill all registers that alias it anyway.
1153       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(reg); *as; ++as)
1154         RegsWeights.push_back(std::make_pair(*as, SpillWeights[*as]));
1155     }
1156   }
1157
1158   // Sort all potential spill candidates by weight.
1159   std::sort(RegsWeights.begin(), RegsWeights.end(), WeightCompare(*this));
1160   minReg = RegsWeights[0].first;
1161   minWeight = RegsWeights[0].second;
1162   if (minWeight == HUGE_VALF) {
1163     // All registers must have inf weight. Just grab one!
1164     minReg = BestPhysReg ? BestPhysReg : *RC->allocation_order_begin(*mf_);
1165     if (cur->weight == HUGE_VALF ||
1166         li_->getApproximateInstructionCount(*cur) == 0) {
1167       // Spill a physical register around defs and uses.
1168       if (li_->spillPhysRegAroundRegDefsUses(*cur, minReg, *vrm_)) {
1169         // spillPhysRegAroundRegDefsUses may have invalidated iterator stored
1170         // in fixed_. Reset them.
1171         for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
1172           IntervalPtr &IP = fixed_[i];
1173           LiveInterval *I = IP.first;
1174           if (I->reg == minReg || tri_->isSubRegister(minReg, I->reg))
1175             IP.second = I->advanceTo(I->begin(), StartPosition);
1176         }
1177
1178         DowngradedRegs.clear();
1179         assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
1180       } else {
1181         assert(false && "Ran out of registers during register allocation!");
1182         llvm_report_error("Ran out of registers during register allocation!");
1183       }
1184       return;
1185     }
1186   }
1187
1188   // Find up to 3 registers to consider as spill candidates.
1189   unsigned LastCandidate = RegsWeights.size() >= 3 ? 3 : 1;
1190   while (LastCandidate > 1) {
1191     if (weightsAreClose(RegsWeights[LastCandidate-1].second, minWeight))
1192       break;
1193     --LastCandidate;
1194   }
1195
1196   DEBUG({
1197       errs() << "\t\tregister(s) with min weight(s): ";
1198
1199       for (unsigned i = 0; i != LastCandidate; ++i)
1200         errs() << tri_->getName(RegsWeights[i].first)
1201                << " (" << RegsWeights[i].second << ")\n";
1202     });
1203
1204   // If the current has the minimum weight, we need to spill it and
1205   // add any added intervals back to unhandled, and restart
1206   // linearscan.
1207   if (cur->weight != HUGE_VALF && cur->weight <= minWeight) {
1208     DEBUG(errs() << "\t\t\tspilling(c): " << *cur << '\n');
1209     SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
1210     std::vector<LiveInterval*> added;
1211     
1212     added = spiller_->spill(cur, spillIs); 
1213
1214     std::sort(added.begin(), added.end(), LISorter());
1215     addStackInterval(cur, ls_, li_, mri_, *vrm_);
1216     if (added.empty())
1217       return;  // Early exit if all spills were folded.
1218
1219     // Merge added with unhandled.  Note that we have already sorted
1220     // intervals returned by addIntervalsForSpills by their starting
1221     // point.
1222     // This also update the NextReloadMap. That is, it adds mapping from a
1223     // register defined by a reload from SS to the next reload from SS in the
1224     // same basic block.
1225     MachineBasicBlock *LastReloadMBB = 0;
1226     LiveInterval *LastReload = 0;
1227     int LastReloadSS = VirtRegMap::NO_STACK_SLOT;
1228     for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i) {
1229       LiveInterval *ReloadLi = added[i];
1230       if (ReloadLi->weight == HUGE_VALF &&
1231           li_->getApproximateInstructionCount(*ReloadLi) == 0) {
1232         SlotIndex ReloadIdx = ReloadLi->beginIndex();
1233         MachineBasicBlock *ReloadMBB = li_->getMBBFromIndex(ReloadIdx);
1234         int ReloadSS = vrm_->getStackSlot(ReloadLi->reg);
1235         if (LastReloadMBB == ReloadMBB && LastReloadSS == ReloadSS) {
1236           // Last reload of same SS is in the same MBB. We want to try to
1237           // allocate both reloads the same register and make sure the reg
1238           // isn't clobbered in between if at all possible.
1239           assert(LastReload->beginIndex() < ReloadIdx);
1240           NextReloadMap.insert(std::make_pair(LastReload->reg, ReloadLi->reg));
1241         }
1242         LastReloadMBB = ReloadMBB;
1243         LastReload = ReloadLi;
1244         LastReloadSS = ReloadSS;
1245       }
1246       unhandled_.push(ReloadLi);
1247     }
1248     return;
1249   }
1250
1251   ++NumBacktracks;
1252
1253   // Push the current interval back to unhandled since we are going
1254   // to re-run at least this iteration. Since we didn't modify it it
1255   // should go back right in the front of the list
1256   unhandled_.push(cur);
1257
1258   assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(minReg) &&
1259          "did not choose a register to spill?");
1260
1261   // We spill all intervals aliasing the register with
1262   // minimum weight, rollback to the interval with the earliest
1263   // start point and let the linear scan algorithm run again
1264   SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
1265
1266   // Determine which intervals have to be spilled.
1267   findIntervalsToSpill(cur, RegsWeights, LastCandidate, spillIs);
1268
1269   // Set of spilled vregs (used later to rollback properly)
1270   SmallSet<unsigned, 8> spilled;
1271
1272   // The earliest start of a Spilled interval indicates up to where
1273   // in handled we need to roll back
1274   assert(!spillIs.empty() && "No spill intervals?"); 
1275   SlotIndex earliestStart = spillIs[0]->beginIndex();
1276   
1277   // Spill live intervals of virtual regs mapped to the physical register we
1278   // want to clear (and its aliases).  We only spill those that overlap with the
1279   // current interval as the rest do not affect its allocation. we also keep
1280   // track of the earliest start of all spilled live intervals since this will
1281   // mark our rollback point.
1282   std::vector<LiveInterval*> added;
1283   while (!spillIs.empty()) {
1284     LiveInterval *sli = spillIs.back();
1285     spillIs.pop_back();
1286     DEBUG(errs() << "\t\t\tspilling(a): " << *sli << '\n');
1287     if (sli->beginIndex() < earliestStart)
1288       earliestStart = sli->beginIndex();
1289        
1290     std::vector<LiveInterval*> newIs;
1291     newIs = spiller_->spill(sli, spillIs, &earliestStart);
1292     addStackInterval(sli, ls_, li_, mri_, *vrm_);
1293     std::copy(newIs.begin(), newIs.end(), std::back_inserter(added));
1294     spilled.insert(sli->reg);
1295   }
1296
1297   DEBUG(errs() << "\t\trolling back to: " << earliestStart << '\n');
1298
1299   // Scan handled in reverse order up to the earliest start of a
1300   // spilled live interval and undo each one, restoring the state of
1301   // unhandled.
1302   while (!handled_.empty()) {
1303     LiveInterval* i = handled_.back();
1304     // If this interval starts before t we are done.
1305     if (!i->empty() && i->beginIndex() < earliestStart)
1306       break;
1307     DEBUG(errs() << "\t\t\tundo changes for: " << *i << '\n');
1308     handled_.pop_back();
1309
1310     // When undoing a live interval allocation we must know if it is active or
1311     // inactive to properly update regUse_ and the VirtRegMap.
1312     IntervalPtrs::iterator it;
1313     if ((it = FindIntervalInVector(active_, i)) != active_.end()) {
1314       active_.erase(it);
1315       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
1316       if (!spilled.count(i->reg))
1317         unhandled_.push(i);
1318       delRegUse(vrm_->getPhys(i->reg));
1319       vrm_->clearVirt(i->reg);
1320     } else if ((it = FindIntervalInVector(inactive_, i)) != inactive_.end()) {
1321       inactive_.erase(it);
1322       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
1323       if (!spilled.count(i->reg))
1324         unhandled_.push(i);
1325       vrm_->clearVirt(i->reg);
1326     } else {
1327       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(i->reg) &&
1328              "Can only allocate virtual registers!");
1329       vrm_->clearVirt(i->reg);
1330       unhandled_.push(i);
1331     }
1332
1333     DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator ii = DowngradeMap.find(i->reg);
1334     if (ii == DowngradeMap.end())
1335       // It interval has a preference, it must be defined by a copy. Clear the
1336       // preference now since the source interval allocation may have been
1337       // undone as well.
1338       mri_->setRegAllocationHint(i->reg, 0, 0);
1339     else {
1340       UpgradeRegister(ii->second);
1341     }
1342   }
1343
1344   // Rewind the iterators in the active, inactive, and fixed lists back to the
1345   // point we reverted to.
1346   RevertVectorIteratorsTo(active_, earliestStart);
1347   RevertVectorIteratorsTo(inactive_, earliestStart);
1348   RevertVectorIteratorsTo(fixed_, earliestStart);
1349
1350   // Scan the rest and undo each interval that expired after t and
1351   // insert it in active (the next iteration of the algorithm will
1352   // put it in inactive if required)
1353   for (unsigned i = 0, e = handled_.size(); i != e; ++i) {
1354     LiveInterval *HI = handled_[i];
1355     if (!HI->expiredAt(earliestStart) &&
1356         HI->expiredAt(cur->beginIndex())) {
1357       DEBUG(errs() << "\t\t\tundo changes for: " << *HI << '\n');
1358       active_.push_back(std::make_pair(HI, HI->begin()));
1359       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(HI->reg));
1360       addRegUse(vrm_->getPhys(HI->reg));
1361     }
1362   }
1363
1364   // Merge added with unhandled.
1365   // This also update the NextReloadMap. That is, it adds mapping from a
1366   // register defined by a reload from SS to the next reload from SS in the
1367   // same basic block.
1368   MachineBasicBlock *LastReloadMBB = 0;
1369   LiveInterval *LastReload = 0;
1370   int LastReloadSS = VirtRegMap::NO_STACK_SLOT;
1371   std::sort(added.begin(), added.end(), LISorter());
1372   for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i) {
1373     LiveInterval *ReloadLi = added[i];
1374     if (ReloadLi->weight == HUGE_VALF &&
1375         li_->getApproximateInstructionCount(*ReloadLi) == 0) {
1376       SlotIndex ReloadIdx = ReloadLi->beginIndex();
1377       MachineBasicBlock *ReloadMBB = li_->getMBBFromIndex(ReloadIdx);
1378       int ReloadSS = vrm_->getStackSlot(ReloadLi->reg);
1379       if (LastReloadMBB == ReloadMBB && LastReloadSS == ReloadSS) {
1380         // Last reload of same SS is in the same MBB. We want to try to
1381         // allocate both reloads the same register and make sure the reg
1382         // isn't clobbered in between if at all possible.
1383         assert(LastReload->beginIndex() < ReloadIdx);
1384         NextReloadMap.insert(std::make_pair(LastReload->reg, ReloadLi->reg));
1385       }
1386       LastReloadMBB = ReloadMBB;
1387       LastReload = ReloadLi;
1388       LastReloadSS = ReloadSS;
1389     }
1390     unhandled_.push(ReloadLi);
1391   }
1392 }
1393
1394 unsigned RALinScan::getFreePhysReg(LiveInterval* cur,
1395                                    const TargetRegisterClass *RC,
1396                                    unsigned MaxInactiveCount,
1397                                    SmallVector<unsigned, 256> &inactiveCounts,
1398                                    bool SkipDGRegs) {
1399   unsigned FreeReg = 0;
1400   unsigned FreeRegInactiveCount = 0;
1401
1402   std::pair<unsigned, unsigned> Hint = mri_->getRegAllocationHint(cur->reg);
1403   // Resolve second part of the hint (if possible) given the current allocation.
1404   unsigned physReg = Hint.second;
1405   if (physReg &&
1406       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(physReg) && vrm_->hasPhys(physReg))
1407     physReg = vrm_->getPhys(physReg);
1408
1409   TargetRegisterClass::iterator I, E;
1410   tie(I, E) = tri_->getAllocationOrder(RC, Hint.first, physReg, *mf_);
1411   assert(I != E && "No allocatable register in this register class!");
1412
1413   // Scan for the first available register.
1414   for (; I != E; ++I) {
1415     unsigned Reg = *I;
1416     // Ignore "downgraded" registers.
1417     if (SkipDGRegs && DowngradedRegs.count(Reg))
1418       continue;
1419     // Skip recently allocated registers.
1420     if (isRegAvail(Reg) && !isRecentlyUsed(Reg)) {
1421       FreeReg = Reg;
1422       if (FreeReg < inactiveCounts.size())
1423         FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[FreeReg];
1424       else
1425         FreeRegInactiveCount = 0;
1426       break;
1427     }
1428   }
1429
1430   // If there are no free regs, or if this reg has the max inactive count,
1431   // return this register.
1432   if (FreeReg == 0 || FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount) {
1433     // Remember what register we picked so we can skip it next time.
1434     if (FreeReg != 0) recordRecentlyUsed(FreeReg);
1435     return FreeReg;
1436   }
1437
1438   // Continue scanning the registers, looking for the one with the highest
1439   // inactive count.  Alkis found that this reduced register pressure very
1440   // slightly on X86 (in rev 1.94 of this file), though this should probably be
1441   // reevaluated now.
1442   for (; I != E; ++I) {
1443     unsigned Reg = *I;
1444     // Ignore "downgraded" registers.
1445     if (SkipDGRegs && DowngradedRegs.count(Reg))
1446       continue;
1447     if (isRegAvail(Reg) && Reg < inactiveCounts.size() &&
1448         FreeRegInactiveCount < inactiveCounts[Reg] && !isRecentlyUsed(Reg)) {
1449       FreeReg = Reg;
1450       FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[Reg];
1451       if (FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount)
1452         break;    // We found the one with the max inactive count.
1453     }
1454   }
1455
1456   // Remember what register we picked so we can skip it next time.
1457   recordRecentlyUsed(FreeReg);
1458
1459   return FreeReg;
1460 }
1461
1462 /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual register
1463 /// interval if we have one, otherwise return 0.
1464 unsigned RALinScan::getFreePhysReg(LiveInterval *cur) {
1465   SmallVector<unsigned, 256> inactiveCounts;
1466   unsigned MaxInactiveCount = 0;
1467   
1468   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
1469   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
1470  
1471   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(), e = inactive_.end();
1472        i != e; ++i) {
1473     unsigned reg = i->first->reg;
1474     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
1475            "Can only allocate virtual registers!");
1476
1477     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating, 
1478     // don't check it.
1479     const TargetRegisterClass *RegRC = mri_->getRegClass(reg);
1480     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader) {
1481       reg = vrm_->getPhys(reg);
1482       if (inactiveCounts.size() <= reg)
1483         inactiveCounts.resize(reg+1);
1484       ++inactiveCounts[reg];
1485       MaxInactiveCount = std::max(MaxInactiveCount, inactiveCounts[reg]);
1486     }
1487   }
1488
1489   // If copy coalescer has assigned a "preferred" register, check if it's
1490   // available first.
1491   unsigned Preference = vrm_->getRegAllocPref(cur->reg);
1492   if (Preference) {
1493     DEBUG(errs() << "(preferred: " << tri_->getName(Preference) << ") ");
1494     if (isRegAvail(Preference) && 
1495         RC->contains(Preference))
1496       return Preference;
1497   }
1498
1499   if (!DowngradedRegs.empty()) {
1500     unsigned FreeReg = getFreePhysReg(cur, RC, MaxInactiveCount, inactiveCounts,
1501                                       true);
1502     if (FreeReg)
1503       return FreeReg;
1504   }
1505   return getFreePhysReg(cur, RC, MaxInactiveCount, inactiveCounts, false);
1506 }
1507
1508 FunctionPass* llvm::createLinearScanRegisterAllocator() {
1509   return new RALinScan();
1510 }