2caa2f9d18021c08380fbc00eb6de0b305749f6a
[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/Compiler.h"
38 #include <algorithm>
39 #include <set>
40 #include <queue>
41 #include <memory>
42 #include <cmath>
43
44 using namespace llvm;
45
46 STATISTIC(NumIters     , "Number of iterations performed");
47 STATISTIC(NumBacktracks, "Number of times we had to backtrack");
48 STATISTIC(NumCoalesce,   "Number of copies coalesced");
49 STATISTIC(NumDowngrade,  "Number of registers downgraded");
50
51 static cl::opt<bool>
52 NewHeuristic("new-spilling-heuristic",
53              cl::desc("Use new spilling heuristic"),
54              cl::init(false), cl::Hidden);
55
56 static cl::opt<bool>
57 PreSplitIntervals("pre-alloc-split",
58                   cl::desc("Pre-register allocation live interval splitting"),
59                   cl::init(false), cl::Hidden);
60
61 static cl::opt<bool>
62 NewSpillFramework("new-spill-framework",
63                   cl::desc("New spilling framework"),
64                   cl::init(false), cl::Hidden);
65
66 static RegisterRegAlloc
67 linearscanRegAlloc("linearscan", "linear scan register allocator",
68                    createLinearScanRegisterAllocator);
69
70 namespace {
71   struct VISIBILITY_HIDDEN RALinScan : public MachineFunctionPass {
72     static char ID;
73     RALinScan() : MachineFunctionPass(&ID) {}
74
75     typedef std::pair<LiveInterval*, LiveInterval::iterator> IntervalPtr;
76     typedef SmallVector<IntervalPtr, 32> IntervalPtrs;
77   private:
78     /// RelatedRegClasses - This structure is built the first time a function is
79     /// compiled, and keeps track of which register classes have registers that
80     /// belong to multiple classes or have aliases that are in other classes.
81     EquivalenceClasses<const TargetRegisterClass*> RelatedRegClasses;
82     DenseMap<unsigned, const TargetRegisterClass*> OneClassForEachPhysReg;
83
84     // NextReloadMap - For each register in the map, it maps to the another
85     // register which is defined by a reload from the same stack slot and
86     // both reloads are in the same basic block.
87     DenseMap<unsigned, unsigned> NextReloadMap;
88
89     // DowngradedRegs - A set of registers which are being "downgraded", i.e.
90     // un-favored for allocation.
91     SmallSet<unsigned, 8> DowngradedRegs;
92
93     // DowngradeMap - A map from virtual registers to physical registers being
94     // downgraded for the virtual registers.
95     DenseMap<unsigned, unsigned> DowngradeMap;
96
97     MachineFunction* mf_;
98     MachineRegisterInfo* mri_;
99     const TargetMachine* tm_;
100     const TargetRegisterInfo* tri_;
101     const TargetInstrInfo* tii_;
102     BitVector allocatableRegs_;
103     LiveIntervals* li_;
104     LiveStacks* ls_;
105     const MachineLoopInfo *loopInfo;
106
107     /// handled_ - Intervals are added to the handled_ set in the order of their
108     /// start value.  This is uses for backtracking.
109     std::vector<LiveInterval*> handled_;
110
111     /// fixed_ - Intervals that correspond to machine registers.
112     ///
113     IntervalPtrs fixed_;
114
115     /// active_ - Intervals that are currently being processed, and which have a
116     /// live range active for the current point.
117     IntervalPtrs active_;
118
119     /// inactive_ - Intervals that are currently being processed, but which have
120     /// a hold at the current point.
121     IntervalPtrs inactive_;
122
123     typedef std::priority_queue<LiveInterval*,
124                                 SmallVector<LiveInterval*, 64>,
125                                 greater_ptr<LiveInterval> > IntervalHeap;
126     IntervalHeap unhandled_;
127
128     /// regUse_ - Tracks register usage.
129     SmallVector<unsigned, 32> regUse_;
130     SmallVector<unsigned, 32> regUseBackUp_;
131
132     /// vrm_ - Tracks register assignments.
133     VirtRegMap* vrm_;
134
135     std::auto_ptr<VirtRegRewriter> rewriter_;
136
137     std::auto_ptr<Spiller> spiller_;
138
139   public:
140     virtual const char* getPassName() const {
141       return "Linear Scan Register Allocator";
142     }
143
144     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
145       AU.addRequired<LiveIntervals>();
146       if (StrongPHIElim)
147         AU.addRequiredID(StrongPHIEliminationID);
148       // Make sure PassManager knows which analyses to make available
149       // to coalescing and which analyses coalescing invalidates.
150       AU.addRequiredTransitive<RegisterCoalescer>();
151       if (PreSplitIntervals)
152         AU.addRequiredID(PreAllocSplittingID);
153       AU.addRequired<LiveStacks>();
154       AU.addPreserved<LiveStacks>();
155       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
156       AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
157       AU.addRequired<VirtRegMap>();
158       AU.addPreserved<VirtRegMap>();
159       AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
160       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
161     }
162
163     /// runOnMachineFunction - register allocate the whole function
164     bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
165
166   private:
167     /// linearScan - the linear scan algorithm
168     void linearScan();
169
170     /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
171     ///
172     void initIntervalSets();
173
174     /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping
175     /// ones to the inactive list.
176     void processActiveIntervals(unsigned CurPoint);
177
178     /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
179     /// ones to the active list.
180     void processInactiveIntervals(unsigned CurPoint);
181
182     /// hasNextReloadInterval - Return the next liveinterval that's being
183     /// defined by a reload from the same SS as the specified one.
184     LiveInterval *hasNextReloadInterval(LiveInterval *cur);
185
186     /// DowngradeRegister - Downgrade a register for allocation.
187     void DowngradeRegister(LiveInterval *li, unsigned Reg);
188
189     /// UpgradeRegister - Upgrade a register for allocation.
190     void UpgradeRegister(unsigned Reg);
191
192     /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one
193     /// is available, or spill.
194     void assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur);
195
196     void updateSpillWeights(std::vector<float> &Weights,
197                             unsigned reg, float weight,
198                             const TargetRegisterClass *RC);
199
200     /// findIntervalsToSpill - Determine the intervals to spill for the
201     /// specified interval. It's passed the physical registers whose spill
202     /// weight is the lowest among all the registers whose live intervals
203     /// conflict with the interval.
204     void findIntervalsToSpill(LiveInterval *cur,
205                             std::vector<std::pair<unsigned,float> > &Candidates,
206                             unsigned NumCands,
207                             SmallVector<LiveInterval*, 8> &SpillIntervals);
208
209     /// attemptTrivialCoalescing - If a simple interval is defined by a copy,
210     /// try allocate the definition the same register as the source register
211     /// if the register is not defined during live time of the interval. This
212     /// eliminate a copy. This is used to coalesce copies which were not
213     /// coalesced away before allocation either due to dest and src being in
214     /// different register classes or because the coalescer was overly
215     /// conservative.
216     unsigned attemptTrivialCoalescing(LiveInterval &cur, unsigned Reg);
217
218     ///
219     /// Register usage / availability tracking helpers.
220     ///
221
222     void initRegUses() {
223       regUse_.resize(tri_->getNumRegs(), 0);
224       regUseBackUp_.resize(tri_->getNumRegs(), 0);
225     }
226
227     void finalizeRegUses() {
228 #ifndef NDEBUG
229       // Verify all the registers are "freed".
230       bool Error = false;
231       for (unsigned i = 0, e = tri_->getNumRegs(); i != e; ++i) {
232         if (regUse_[i] != 0) {
233           cerr << tri_->getName(i) << " is still in use!\n";
234           Error = true;
235         }
236       }
237       if (Error)
238         abort();
239 #endif
240       regUse_.clear();
241       regUseBackUp_.clear();
242     }
243
244     void addRegUse(unsigned physReg) {
245       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
246              "should be physical register!");
247       ++regUse_[physReg];
248       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(physReg); *as; ++as)
249         ++regUse_[*as];
250     }
251
252     void delRegUse(unsigned physReg) {
253       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
254              "should be physical register!");
255       assert(regUse_[physReg] != 0);
256       --regUse_[physReg];
257       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(physReg); *as; ++as) {
258         assert(regUse_[*as] != 0);
259         --regUse_[*as];
260       }
261     }
262
263     bool isRegAvail(unsigned physReg) const {
264       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
265              "should be physical register!");
266       return regUse_[physReg] == 0;
267     }
268
269     void backUpRegUses() {
270       regUseBackUp_ = regUse_;
271     }
272
273     void restoreRegUses() {
274       regUse_ = regUseBackUp_;
275     }
276
277     ///
278     /// Register handling helpers.
279     ///
280
281     /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual
282     /// register interval if we have one, otherwise return 0.
283     unsigned getFreePhysReg(LiveInterval* cur);
284     unsigned getFreePhysReg(LiveInterval* cur,
285                             const TargetRegisterClass *RC,
286                             unsigned MaxInactiveCount,
287                             SmallVector<unsigned, 256> &inactiveCounts,
288                             bool SkipDGRegs);
289
290     /// assignVirt2StackSlot - assigns this virtual register to a
291     /// stack slot. returns the stack slot
292     int assignVirt2StackSlot(unsigned virtReg);
293
294     void ComputeRelatedRegClasses();
295
296     template <typename ItTy>
297     void printIntervals(const char* const str, ItTy i, ItTy e) const {
298       if (str) DOUT << str << " intervals:\n";
299       for (; i != e; ++i) {
300         DOUT << "\t" << *i->first << " -> ";
301         unsigned reg = i->first->reg;
302         if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg)) {
303           reg = vrm_->getPhys(reg);
304         }
305         DOUT << tri_->getName(reg) << '\n';
306       }
307     }
308   };
309   char RALinScan::ID = 0;
310 }
311
312 static RegisterPass<RALinScan>
313 X("linearscan-regalloc", "Linear Scan Register Allocator");
314
315 void RALinScan::ComputeRelatedRegClasses() {
316   // First pass, add all reg classes to the union, and determine at least one
317   // reg class that each register is in.
318   bool HasAliases = false;
319   for (TargetRegisterInfo::regclass_iterator RCI = tri_->regclass_begin(),
320        E = tri_->regclass_end(); RCI != E; ++RCI) {
321     RelatedRegClasses.insert(*RCI);
322     for (TargetRegisterClass::iterator I = (*RCI)->begin(), E = (*RCI)->end();
323          I != E; ++I) {
324       HasAliases = HasAliases || *tri_->getAliasSet(*I) != 0;
325       
326       const TargetRegisterClass *&PRC = OneClassForEachPhysReg[*I];
327       if (PRC) {
328         // Already processed this register.  Just make sure we know that
329         // multiple register classes share a register.
330         RelatedRegClasses.unionSets(PRC, *RCI);
331       } else {
332         PRC = *RCI;
333       }
334     }
335   }
336   
337   // Second pass, now that we know conservatively what register classes each reg
338   // belongs to, add info about aliases.  We don't need to do this for targets
339   // without register aliases.
340   if (HasAliases)
341     for (DenseMap<unsigned, const TargetRegisterClass*>::iterator
342          I = OneClassForEachPhysReg.begin(), E = OneClassForEachPhysReg.end();
343          I != E; ++I)
344       for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(I->first); *AS; ++AS)
345         RelatedRegClasses.unionSets(I->second, OneClassForEachPhysReg[*AS]);
346 }
347
348 /// attemptTrivialCoalescing - If a simple interval is defined by a copy,
349 /// try allocate the definition the same register as the source register
350 /// if the register is not defined during live time of the interval. This
351 /// eliminate a copy. This is used to coalesce copies which were not
352 /// coalesced away before allocation either due to dest and src being in
353 /// different register classes or because the coalescer was overly
354 /// conservative.
355 unsigned RALinScan::attemptTrivialCoalescing(LiveInterval &cur, unsigned Reg) {
356   unsigned Preference = vrm_->getRegAllocPref(cur.reg);
357   if ((Preference && Preference == Reg) || !cur.containsOneValue())
358     return Reg;
359
360   VNInfo *vni = cur.begin()->valno;
361   if (!vni->def || vni->isUnused() || !vni->isDefAccurate())
362     return Reg;
363   MachineInstr *CopyMI = li_->getInstructionFromIndex(vni->def);
364   unsigned SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg, PhysReg;
365   if (!CopyMI ||
366       !tii_->isMoveInstr(*CopyMI, SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg))
367     return Reg;
368   PhysReg = SrcReg;
369   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg)) {
370     if (!vrm_->isAssignedReg(SrcReg))
371       return Reg;
372     PhysReg = vrm_->getPhys(SrcReg);
373   }
374   if (Reg == PhysReg)
375     return Reg;
376
377   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur.reg);
378   if (!RC->contains(PhysReg))
379     return Reg;
380
381   // Try to coalesce.
382   if (!li_->conflictsWithPhysRegDef(cur, *vrm_, PhysReg)) {
383     DOUT << "Coalescing: " << cur << " -> " << tri_->getName(PhysReg)
384          << '\n';
385     vrm_->clearVirt(cur.reg);
386     vrm_->assignVirt2Phys(cur.reg, PhysReg);
387
388     // Remove unnecessary kills since a copy does not clobber the register.
389     if (li_->hasInterval(SrcReg)) {
390       LiveInterval &SrcLI = li_->getInterval(SrcReg);
391       for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = mri_->reg_begin(cur.reg),
392              E = mri_->reg_end(); I != E; ++I) {
393         MachineOperand &O = I.getOperand();
394         if (!O.isUse() || !O.isKill())
395           continue;
396         MachineInstr *MI = &*I;
397         if (SrcLI.liveAt(li_->getDefIndex(li_->getInstructionIndex(MI))))
398           O.setIsKill(false);
399       }
400     }
401
402     ++NumCoalesce;
403     return PhysReg;
404   }
405
406   return Reg;
407 }
408
409 bool RALinScan::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
410   mf_ = &fn;
411   mri_ = &fn.getRegInfo();
412   tm_ = &fn.getTarget();
413   tri_ = tm_->getRegisterInfo();
414   tii_ = tm_->getInstrInfo();
415   allocatableRegs_ = tri_->getAllocatableSet(fn);
416   li_ = &getAnalysis<LiveIntervals>();
417   ls_ = &getAnalysis<LiveStacks>();
418   loopInfo = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
419
420   // We don't run the coalescer here because we have no reason to
421   // interact with it.  If the coalescer requires interaction, it
422   // won't do anything.  If it doesn't require interaction, we assume
423   // it was run as a separate pass.
424
425   // If this is the first function compiled, compute the related reg classes.
426   if (RelatedRegClasses.empty())
427     ComputeRelatedRegClasses();
428
429   // Also resize register usage trackers.
430   initRegUses();
431
432   vrm_ = &getAnalysis<VirtRegMap>();
433   if (!rewriter_.get()) rewriter_.reset(createVirtRegRewriter());
434   
435   if (NewSpillFramework) {
436     spiller_.reset(createSpiller(mf_, li_, ls_, vrm_));
437   }
438   
439   initIntervalSets();
440
441   linearScan();
442
443   // Rewrite spill code and update the PhysRegsUsed set.
444   rewriter_->runOnMachineFunction(*mf_, *vrm_, li_);
445
446   assert(unhandled_.empty() && "Unhandled live intervals remain!");
447
448   finalizeRegUses();
449
450   fixed_.clear();
451   active_.clear();
452   inactive_.clear();
453   handled_.clear();
454   NextReloadMap.clear();
455   DowngradedRegs.clear();
456   DowngradeMap.clear();
457   spiller_.reset(0);
458
459   return true;
460 }
461
462 /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
463 ///
464 void RALinScan::initIntervalSets()
465 {
466   assert(unhandled_.empty() && fixed_.empty() &&
467          active_.empty() && inactive_.empty() &&
468          "interval sets should be empty on initialization");
469
470   handled_.reserve(li_->getNumIntervals());
471
472   for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i) {
473     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->second->reg)) {
474       mri_->setPhysRegUsed(i->second->reg);
475       fixed_.push_back(std::make_pair(i->second, i->second->begin()));
476     } else
477       unhandled_.push(i->second);
478   }
479 }
480
481 void RALinScan::linearScan()
482 {
483   // linear scan algorithm
484   DOUT << "********** LINEAR SCAN **********\n";
485   DOUT << "********** Function: " << mf_->getFunction()->getName() << '\n';
486
487   DEBUG(printIntervals("fixed", fixed_.begin(), fixed_.end()));
488
489   while (!unhandled_.empty()) {
490     // pick the interval with the earliest start point
491     LiveInterval* cur = unhandled_.top();
492     unhandled_.pop();
493     ++NumIters;
494     DOUT << "\n*** CURRENT ***: " << *cur << '\n';
495
496     if (!cur->empty()) {
497       processActiveIntervals(cur->beginNumber());
498       processInactiveIntervals(cur->beginNumber());
499
500       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(cur->reg) &&
501              "Can only allocate virtual registers!");
502     }
503
504     // Allocating a virtual register. try to find a free
505     // physical register or spill an interval (possibly this one) in order to
506     // assign it one.
507     assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
508
509     DEBUG(printIntervals("active", active_.begin(), active_.end()));
510     DEBUG(printIntervals("inactive", inactive_.begin(), inactive_.end()));
511   }
512
513   // Expire any remaining active intervals
514   while (!active_.empty()) {
515     IntervalPtr &IP = active_.back();
516     unsigned reg = IP.first->reg;
517     DOUT << "\tinterval " << *IP.first << " expired\n";
518     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
519            "Can only allocate virtual registers!");
520     reg = vrm_->getPhys(reg);
521     delRegUse(reg);
522     active_.pop_back();
523   }
524
525   // Expire any remaining inactive intervals
526   DEBUG(for (IntervalPtrs::reverse_iterator
527                i = inactive_.rbegin(); i != inactive_.rend(); ++i)
528         DOUT << "\tinterval " << *i->first << " expired\n");
529   inactive_.clear();
530
531   // Add live-ins to every BB except for entry. Also perform trivial coalescing.
532   MachineFunction::iterator EntryMBB = mf_->begin();
533   SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> LiveInMBBs;
534   for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i) {
535     LiveInterval &cur = *i->second;
536     unsigned Reg = 0;
537     bool isPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(cur.reg);
538     if (isPhys)
539       Reg = cur.reg;
540     else if (vrm_->isAssignedReg(cur.reg))
541       Reg = attemptTrivialCoalescing(cur, vrm_->getPhys(cur.reg));
542     if (!Reg)
543       continue;
544     // Ignore splited live intervals.
545     if (!isPhys && vrm_->getPreSplitReg(cur.reg))
546       continue;
547
548     // A register defined by an implicit_def can be liveout the def BB and livein
549     // to a use BB. Add it to the livein set of the use BB's.
550     if (!isPhys && cur.empty()) {
551       if (MachineInstr *DefMI = mri_->getVRegDef(cur.reg)) {
552         assert(DefMI->getOpcode() == TargetInstrInfo::IMPLICIT_DEF);
553         MachineBasicBlock *DefMBB = DefMI->getParent();
554         SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 4> Seen;
555         Seen.insert(DefMBB);
556         for (MachineRegisterInfo::reg_iterator ri = mri_->reg_begin(cur.reg),
557                re = mri_->reg_end(); ri != re; ++ri) {
558           MachineInstr *UseMI = &*ri;
559           MachineBasicBlock *UseMBB = UseMI->getParent();
560           if (Seen.insert(UseMBB)) {
561             assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) &&
562                    "Adding a virtual register to livein set?");
563             UseMBB->addLiveIn(Reg);
564           }
565         }
566       }
567     }
568     for (LiveInterval::Ranges::const_iterator I = cur.begin(), E = cur.end();
569          I != E; ++I) {
570       const LiveRange &LR = *I;
571       if (li_->findLiveInMBBs(LR.start, LR.end, LiveInMBBs)) {
572         for (unsigned i = 0, e = LiveInMBBs.size(); i != e; ++i)
573           if (LiveInMBBs[i] != EntryMBB) {
574             assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) &&
575                    "Adding a virtual register to livein set?");
576             LiveInMBBs[i]->addLiveIn(Reg);
577           }
578         LiveInMBBs.clear();
579       }
580     }
581   }
582
583   DOUT << *vrm_;
584
585   // Look for physical registers that end up not being allocated even though
586   // register allocator had to spill other registers in its register class.
587   if (ls_->getNumIntervals() == 0)
588     return;
589   if (!vrm_->FindUnusedRegisters(li_))
590     return;
591 }
592
593 /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping ones
594 /// to the inactive list.
595 void RALinScan::processActiveIntervals(unsigned CurPoint)
596 {
597   DOUT << "\tprocessing active intervals:\n";
598
599   for (unsigned i = 0, e = active_.size(); i != e; ++i) {
600     LiveInterval *Interval = active_[i].first;
601     LiveInterval::iterator IntervalPos = active_[i].second;
602     unsigned reg = Interval->reg;
603
604     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
605
606     if (IntervalPos == Interval->end()) {     // Remove expired intervals.
607       DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n";
608       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
609              "Can only allocate virtual registers!");
610       reg = vrm_->getPhys(reg);
611       delRegUse(reg);
612
613       // Pop off the end of the list.
614       active_[i] = active_.back();
615       active_.pop_back();
616       --i; --e;
617
618     } else if (IntervalPos->start > CurPoint) {
619       // Move inactive intervals to inactive list.
620       DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " inactive\n";
621       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
622              "Can only allocate virtual registers!");
623       reg = vrm_->getPhys(reg);
624       delRegUse(reg);
625       // add to inactive.
626       inactive_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
627
628       // Pop off the end of the list.
629       active_[i] = active_.back();
630       active_.pop_back();
631       --i; --e;
632     } else {
633       // Otherwise, just update the iterator position.
634       active_[i].second = IntervalPos;
635     }
636   }
637 }
638
639 /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
640 /// ones to the active list.
641 void RALinScan::processInactiveIntervals(unsigned CurPoint)
642 {
643   DOUT << "\tprocessing inactive intervals:\n";
644
645   for (unsigned i = 0, e = inactive_.size(); i != e; ++i) {
646     LiveInterval *Interval = inactive_[i].first;
647     LiveInterval::iterator IntervalPos = inactive_[i].second;
648     unsigned reg = Interval->reg;
649
650     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
651
652     if (IntervalPos == Interval->end()) {       // remove expired intervals.
653       DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n";
654
655       // Pop off the end of the list.
656       inactive_[i] = inactive_.back();
657       inactive_.pop_back();
658       --i; --e;
659     } else if (IntervalPos->start <= CurPoint) {
660       // move re-activated intervals in active list
661       DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " active\n";
662       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
663              "Can only allocate virtual registers!");
664       reg = vrm_->getPhys(reg);
665       addRegUse(reg);
666       // add to active
667       active_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
668
669       // Pop off the end of the list.
670       inactive_[i] = inactive_.back();
671       inactive_.pop_back();
672       --i; --e;
673     } else {
674       // Otherwise, just update the iterator position.
675       inactive_[i].second = IntervalPos;
676     }
677   }
678 }
679
680 /// updateSpillWeights - updates the spill weights of the specifed physical
681 /// register and its weight.
682 void RALinScan::updateSpillWeights(std::vector<float> &Weights,
683                                    unsigned reg, float weight,
684                                    const TargetRegisterClass *RC) {
685   SmallSet<unsigned, 4> Processed;
686   SmallSet<unsigned, 4> SuperAdded;
687   SmallVector<unsigned, 4> Supers;
688   Weights[reg] += weight;
689   Processed.insert(reg);
690   for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(reg); *as; ++as) {
691     Weights[*as] += weight;
692     Processed.insert(*as);
693     if (tri_->isSubRegister(*as, reg) &&
694         SuperAdded.insert(*as) &&
695         RC->contains(*as)) {
696       Supers.push_back(*as);
697     }
698   }
699
700   // If the alias is a super-register, and the super-register is in the
701   // register class we are trying to allocate. Then add the weight to all
702   // sub-registers of the super-register even if they are not aliases.
703   // e.g. allocating for GR32, bh is not used, updating bl spill weight.
704   //      bl should get the same spill weight otherwise it will be choosen
705   //      as a spill candidate since spilling bh doesn't make ebx available.
706   for (unsigned i = 0, e = Supers.size(); i != e; ++i) {
707     for (const unsigned *sr = tri_->getSubRegisters(Supers[i]); *sr; ++sr)
708       if (!Processed.count(*sr))
709         Weights[*sr] += weight;
710   }
711 }
712
713 static
714 RALinScan::IntervalPtrs::iterator
715 FindIntervalInVector(RALinScan::IntervalPtrs &IP, LiveInterval *LI) {
716   for (RALinScan::IntervalPtrs::iterator I = IP.begin(), E = IP.end();
717        I != E; ++I)
718     if (I->first == LI) return I;
719   return IP.end();
720 }
721
722 static void RevertVectorIteratorsTo(RALinScan::IntervalPtrs &V, unsigned Point){
723   for (unsigned i = 0, e = V.size(); i != e; ++i) {
724     RALinScan::IntervalPtr &IP = V[i];
725     LiveInterval::iterator I = std::upper_bound(IP.first->begin(),
726                                                 IP.second, Point);
727     if (I != IP.first->begin()) --I;
728     IP.second = I;
729   }
730 }
731
732 /// addStackInterval - Create a LiveInterval for stack if the specified live
733 /// interval has been spilled.
734 static void addStackInterval(LiveInterval *cur, LiveStacks *ls_,
735                              LiveIntervals *li_,
736                              MachineRegisterInfo* mri_, VirtRegMap &vrm_) {
737   int SS = vrm_.getStackSlot(cur->reg);
738   if (SS == VirtRegMap::NO_STACK_SLOT)
739     return;
740
741   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
742   LiveInterval &SI = ls_->getOrCreateInterval(SS, RC);
743
744   VNInfo *VNI;
745   if (SI.hasAtLeastOneValue())
746     VNI = SI.getValNumInfo(0);
747   else
748     VNI = SI.getNextValue(0, 0, false, ls_->getVNInfoAllocator());
749
750   LiveInterval &RI = li_->getInterval(cur->reg);
751   // FIXME: This may be overly conservative.
752   SI.MergeRangesInAsValue(RI, VNI);
753 }
754
755 /// getConflictWeight - Return the number of conflicts between cur
756 /// live interval and defs and uses of Reg weighted by loop depthes.
757 static
758 float getConflictWeight(LiveInterval *cur, unsigned Reg, LiveIntervals *li_,
759                         MachineRegisterInfo *mri_,
760                         const MachineLoopInfo *loopInfo) {
761   float Conflicts = 0;
762   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = mri_->reg_begin(Reg),
763          E = mri_->reg_end(); I != E; ++I) {
764     MachineInstr *MI = &*I;
765     if (cur->liveAt(li_->getInstructionIndex(MI))) {
766       unsigned loopDepth = loopInfo->getLoopDepth(MI->getParent());
767       Conflicts += powf(10.0f, (float)loopDepth);
768     }
769   }
770   return Conflicts;
771 }
772
773 /// findIntervalsToSpill - Determine the intervals to spill for the
774 /// specified interval. It's passed the physical registers whose spill
775 /// weight is the lowest among all the registers whose live intervals
776 /// conflict with the interval.
777 void RALinScan::findIntervalsToSpill(LiveInterval *cur,
778                             std::vector<std::pair<unsigned,float> > &Candidates,
779                             unsigned NumCands,
780                             SmallVector<LiveInterval*, 8> &SpillIntervals) {
781   // We have figured out the *best* register to spill. But there are other
782   // registers that are pretty good as well (spill weight within 3%). Spill
783   // the one that has fewest defs and uses that conflict with cur.
784   float Conflicts[3] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f };
785   SmallVector<LiveInterval*, 8> SLIs[3];
786
787   DOUT << "\tConsidering " << NumCands << " candidates: ";
788   DEBUG(for (unsigned i = 0; i != NumCands; ++i)
789           DOUT << tri_->getName(Candidates[i].first) << " ";
790         DOUT << "\n";);
791   
792   // Calculate the number of conflicts of each candidate.
793   for (IntervalPtrs::iterator i = active_.begin(); i != active_.end(); ++i) {
794     unsigned Reg = i->first->reg;
795     unsigned PhysReg = vrm_->getPhys(Reg);
796     if (!cur->overlapsFrom(*i->first, i->second))
797       continue;
798     for (unsigned j = 0; j < NumCands; ++j) {
799       unsigned Candidate = Candidates[j].first;
800       if (tri_->regsOverlap(PhysReg, Candidate)) {
801         if (NumCands > 1)
802           Conflicts[j] += getConflictWeight(cur, Reg, li_, mri_, loopInfo);
803         SLIs[j].push_back(i->first);
804       }
805     }
806   }
807
808   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(); i != inactive_.end(); ++i){
809     unsigned Reg = i->first->reg;
810     unsigned PhysReg = vrm_->getPhys(Reg);
811     if (!cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1))
812       continue;
813     for (unsigned j = 0; j < NumCands; ++j) {
814       unsigned Candidate = Candidates[j].first;
815       if (tri_->regsOverlap(PhysReg, Candidate)) {
816         if (NumCands > 1)
817           Conflicts[j] += getConflictWeight(cur, Reg, li_, mri_, loopInfo);
818         SLIs[j].push_back(i->first);
819       }
820     }
821   }
822
823   // Which is the best candidate?
824   unsigned BestCandidate = 0;
825   float MinConflicts = Conflicts[0];
826   for (unsigned i = 1; i != NumCands; ++i) {
827     if (Conflicts[i] < MinConflicts) {
828       BestCandidate = i;
829       MinConflicts = Conflicts[i];
830     }
831   }
832
833   std::copy(SLIs[BestCandidate].begin(), SLIs[BestCandidate].end(),
834             std::back_inserter(SpillIntervals));
835 }
836
837 namespace {
838   struct WeightCompare {
839     typedef std::pair<unsigned, float> RegWeightPair;
840     bool operator()(const RegWeightPair &LHS, const RegWeightPair &RHS) const {
841       return LHS.second < RHS.second;
842     }
843   };
844 }
845
846 static bool weightsAreClose(float w1, float w2) {
847   if (!NewHeuristic)
848     return false;
849
850   float diff = w1 - w2;
851   if (diff <= 0.02f)  // Within 0.02f
852     return true;
853   return (diff / w2) <= 0.05f;  // Within 5%.
854 }
855
856 LiveInterval *RALinScan::hasNextReloadInterval(LiveInterval *cur) {
857   DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator I = NextReloadMap.find(cur->reg);
858   if (I == NextReloadMap.end())
859     return 0;
860   return &li_->getInterval(I->second);
861 }
862
863 void RALinScan::DowngradeRegister(LiveInterval *li, unsigned Reg) {
864   bool isNew = DowngradedRegs.insert(Reg);
865   isNew = isNew; // Silence compiler warning.
866   assert(isNew && "Multiple reloads holding the same register?");
867   DowngradeMap.insert(std::make_pair(li->reg, Reg));
868   for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS) {
869     isNew = DowngradedRegs.insert(*AS);
870     isNew = isNew; // Silence compiler warning.
871     assert(isNew && "Multiple reloads holding the same register?");
872     DowngradeMap.insert(std::make_pair(li->reg, *AS));
873   }
874   ++NumDowngrade;
875 }
876
877 void RALinScan::UpgradeRegister(unsigned Reg) {
878   if (Reg) {
879     DowngradedRegs.erase(Reg);
880     for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS)
881       DowngradedRegs.erase(*AS);
882   }
883 }
884
885 namespace {
886   struct LISorter {
887     bool operator()(LiveInterval* A, LiveInterval* B) {
888       return A->beginNumber() < B->beginNumber();
889     }
890   };
891 }
892
893 /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one is available, or
894 /// spill.
895 void RALinScan::assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur)
896 {
897   DOUT << "\tallocating current interval: ";
898
899   // This is an implicitly defined live interval, just assign any register.
900   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
901   if (cur->empty()) {
902     unsigned physReg = vrm_->getRegAllocPref(cur->reg);
903     if (!physReg)
904       physReg = *RC->allocation_order_begin(*mf_);
905     DOUT <<  tri_->getName(physReg) << '\n';
906     // Note the register is not really in use.
907     vrm_->assignVirt2Phys(cur->reg, physReg);
908     // Since the register allocator is allowed to assign this virtual register
909     // physical register that overlaps other live intervals. Mark these
910     // operands as "Undef" which means later passes, e.g. register scavenger
911     // can ignore them.
912     for (MachineRegisterInfo::reg_iterator RI = mri_->reg_begin(cur->reg),
913            RE = mri_->reg_end(); RI != RE; ++RI) {
914       MachineOperand &MO = RI.getOperand();
915       MO.setIsUndef();
916       if (MO.isKill())
917         MO.setIsKill(false);
918     }
919     return;
920   }
921
922   backUpRegUses();
923
924   std::vector<std::pair<unsigned, float> > SpillWeightsToAdd;
925   unsigned StartPosition = cur->beginNumber();
926   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
927
928   // If start of this live interval is defined by a move instruction and its
929   // source is assigned a physical register that is compatible with the target
930   // register class, then we should try to assign it the same register.
931   // This can happen when the move is from a larger register class to a smaller
932   // one, e.g. X86::mov32to32_. These move instructions are not coalescable.
933   if (!vrm_->getRegAllocPref(cur->reg) && cur->hasAtLeastOneValue()) {
934     VNInfo *vni = cur->begin()->valno;
935     if (vni->def && !vni->isUnused() && vni->isDefAccurate()) {
936       MachineInstr *CopyMI = li_->getInstructionFromIndex(vni->def);
937       unsigned SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg;
938       if (CopyMI &&
939           tii_->isMoveInstr(*CopyMI, SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg)) {
940         unsigned Reg = 0;
941         if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
942           Reg = SrcReg;
943         else if (vrm_->isAssignedReg(SrcReg))
944           Reg = vrm_->getPhys(SrcReg);
945         if (Reg) {
946           if (SrcSubReg)
947             Reg = tri_->getSubReg(Reg, SrcSubReg);
948           if (DstSubReg)
949             Reg = tri_->getMatchingSuperReg(Reg, DstSubReg, RC);
950           if (Reg && allocatableRegs_[Reg] && RC->contains(Reg))
951             mri_->setRegAllocationHint(cur->reg, 0, Reg);
952         }
953       }
954     }
955   }
956
957   // For every interval in inactive we overlap with, mark the
958   // register as not free and update spill weights.
959   for (IntervalPtrs::const_iterator i = inactive_.begin(),
960          e = inactive_.end(); i != e; ++i) {
961     unsigned Reg = i->first->reg;
962     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
963            "Can only allocate virtual registers!");
964     const TargetRegisterClass *RegRC = mri_->getRegClass(Reg);
965     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating, 
966     // don't check it.
967     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&
968         cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1)) {
969       Reg = vrm_->getPhys(Reg);
970       addRegUse(Reg);
971       SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(Reg, i->first->weight));
972     }
973   }
974   
975   // Speculatively check to see if we can get a register right now.  If not,
976   // we know we won't be able to by adding more constraints.  If so, we can
977   // check to see if it is valid.  Doing an exhaustive search of the fixed_ list
978   // is very bad (it contains all callee clobbered registers for any functions
979   // with a call), so we want to avoid doing that if possible.
980   unsigned physReg = getFreePhysReg(cur);
981   unsigned BestPhysReg = physReg;
982   if (physReg) {
983     // We got a register.  However, if it's in the fixed_ list, we might
984     // conflict with it.  Check to see if we conflict with it or any of its
985     // aliases.
986     SmallSet<unsigned, 8> RegAliases;
987     for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(physReg); *AS; ++AS)
988       RegAliases.insert(*AS);
989     
990     bool ConflictsWithFixed = false;
991     for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
992       IntervalPtr &IP = fixed_[i];
993       if (physReg == IP.first->reg || RegAliases.count(IP.first->reg)) {
994         // Okay, this reg is on the fixed list.  Check to see if we actually
995         // conflict.
996         LiveInterval *I = IP.first;
997         if (I->endNumber() > StartPosition) {
998           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
999           IP.second = II;
1000           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
1001             --II;
1002           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
1003             ConflictsWithFixed = true;
1004             break;
1005           }
1006         }
1007       }
1008     }
1009     
1010     // Okay, the register picked by our speculative getFreePhysReg call turned
1011     // out to be in use.  Actually add all of the conflicting fixed registers to
1012     // regUse_ so we can do an accurate query.
1013     if (ConflictsWithFixed) {
1014       // For every interval in fixed we overlap with, mark the register as not
1015       // free and update spill weights.
1016       for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
1017         IntervalPtr &IP = fixed_[i];
1018         LiveInterval *I = IP.first;
1019
1020         const TargetRegisterClass *RegRC = OneClassForEachPhysReg[I->reg];
1021         if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&       
1022             I->endNumber() > StartPosition) {
1023           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
1024           IP.second = II;
1025           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
1026             --II;
1027           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
1028             unsigned reg = I->reg;
1029             addRegUse(reg);
1030             SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(reg, I->weight));
1031           }
1032         }
1033       }
1034
1035       // Using the newly updated regUse_ object, which includes conflicts in the
1036       // future, see if there are any registers available.
1037       physReg = getFreePhysReg(cur);
1038     }
1039   }
1040     
1041   // Restore the physical register tracker, removing information about the
1042   // future.
1043   restoreRegUses();
1044   
1045   // If we find a free register, we are done: assign this virtual to
1046   // the free physical register and add this interval to the active
1047   // list.
1048   if (physReg) {
1049     DOUT <<  tri_->getName(physReg) << '\n';
1050     vrm_->assignVirt2Phys(cur->reg, physReg);
1051     addRegUse(physReg);
1052     active_.push_back(std::make_pair(cur, cur->begin()));
1053     handled_.push_back(cur);
1054
1055     // "Upgrade" the physical register since it has been allocated.
1056     UpgradeRegister(physReg);
1057     if (LiveInterval *NextReloadLI = hasNextReloadInterval(cur)) {
1058       // "Downgrade" physReg to try to keep physReg from being allocated until
1059       // the next reload from the same SS is allocated. 
1060       mri_->setRegAllocationHint(NextReloadLI->reg, 0, physReg);
1061       DowngradeRegister(cur, physReg);
1062     }
1063     return;
1064   }
1065   DOUT << "no free registers\n";
1066
1067   // Compile the spill weights into an array that is better for scanning.
1068   std::vector<float> SpillWeights(tri_->getNumRegs(), 0.0f);
1069   for (std::vector<std::pair<unsigned, float> >::iterator
1070        I = SpillWeightsToAdd.begin(), E = SpillWeightsToAdd.end(); I != E; ++I)
1071     updateSpillWeights(SpillWeights, I->first, I->second, RC);
1072   
1073   // for each interval in active, update spill weights.
1074   for (IntervalPtrs::const_iterator i = active_.begin(), e = active_.end();
1075        i != e; ++i) {
1076     unsigned reg = i->first->reg;
1077     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
1078            "Can only allocate virtual registers!");
1079     reg = vrm_->getPhys(reg);
1080     updateSpillWeights(SpillWeights, reg, i->first->weight, RC);
1081   }
1082  
1083   DOUT << "\tassigning stack slot at interval "<< *cur << ":\n";
1084
1085   // Find a register to spill.
1086   float minWeight = HUGE_VALF;
1087   unsigned minReg = 0;
1088
1089   bool Found = false;
1090   std::vector<std::pair<unsigned,float> > RegsWeights;
1091   if (!minReg || SpillWeights[minReg] == HUGE_VALF)
1092     for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
1093            e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
1094       unsigned reg = *i;
1095       float regWeight = SpillWeights[reg];
1096       if (minWeight > regWeight)
1097         Found = true;
1098       RegsWeights.push_back(std::make_pair(reg, regWeight));
1099     }
1100   
1101   // If we didn't find a register that is spillable, try aliases?
1102   if (!Found) {
1103     for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
1104            e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
1105       unsigned reg = *i;
1106       // No need to worry about if the alias register size < regsize of RC.
1107       // We are going to spill all registers that alias it anyway.
1108       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(reg); *as; ++as)
1109         RegsWeights.push_back(std::make_pair(*as, SpillWeights[*as]));
1110     }
1111   }
1112
1113   // Sort all potential spill candidates by weight.
1114   std::sort(RegsWeights.begin(), RegsWeights.end(), WeightCompare());
1115   minReg = RegsWeights[0].first;
1116   minWeight = RegsWeights[0].second;
1117   if (minWeight == HUGE_VALF) {
1118     // All registers must have inf weight. Just grab one!
1119     minReg = BestPhysReg ? BestPhysReg : *RC->allocation_order_begin(*mf_);
1120     if (cur->weight == HUGE_VALF ||
1121         li_->getApproximateInstructionCount(*cur) == 0) {
1122       // Spill a physical register around defs and uses.
1123       if (li_->spillPhysRegAroundRegDefsUses(*cur, minReg, *vrm_)) {
1124         // spillPhysRegAroundRegDefsUses may have invalidated iterator stored
1125         // in fixed_. Reset them.
1126         for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
1127           IntervalPtr &IP = fixed_[i];
1128           LiveInterval *I = IP.first;
1129           if (I->reg == minReg || tri_->isSubRegister(minReg, I->reg))
1130             IP.second = I->advanceTo(I->begin(), StartPosition);
1131         }
1132
1133         DowngradedRegs.clear();
1134         assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
1135       } else {
1136         cerr << "Ran out of registers during register allocation!\n";
1137         exit(1);
1138       }
1139       return;
1140     }
1141   }
1142
1143   // Find up to 3 registers to consider as spill candidates.
1144   unsigned LastCandidate = RegsWeights.size() >= 3 ? 3 : 1;
1145   while (LastCandidate > 1) {
1146     if (weightsAreClose(RegsWeights[LastCandidate-1].second, minWeight))
1147       break;
1148     --LastCandidate;
1149   }
1150
1151   DOUT << "\t\tregister(s) with min weight(s): ";
1152   DEBUG(for (unsigned i = 0; i != LastCandidate; ++i)
1153           DOUT << tri_->getName(RegsWeights[i].first)
1154                << " (" << RegsWeights[i].second << ")\n");
1155
1156   // If the current has the minimum weight, we need to spill it and
1157   // add any added intervals back to unhandled, and restart
1158   // linearscan.
1159   if (cur->weight != HUGE_VALF && cur->weight <= minWeight) {
1160     DOUT << "\t\t\tspilling(c): " << *cur << '\n';
1161     SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
1162     std::vector<LiveInterval*> added;
1163     
1164     if (!NewSpillFramework) {
1165       added = li_->addIntervalsForSpills(*cur, spillIs, loopInfo, *vrm_);
1166     } else {
1167       added = spiller_->spill(cur); 
1168     }
1169
1170     std::sort(added.begin(), added.end(), LISorter());
1171     addStackInterval(cur, ls_, li_, mri_, *vrm_);
1172     if (added.empty())
1173       return;  // Early exit if all spills were folded.
1174
1175     // Merge added with unhandled.  Note that we have already sorted
1176     // intervals returned by addIntervalsForSpills by their starting
1177     // point.
1178     // This also update the NextReloadMap. That is, it adds mapping from a
1179     // register defined by a reload from SS to the next reload from SS in the
1180     // same basic block.
1181     MachineBasicBlock *LastReloadMBB = 0;
1182     LiveInterval *LastReload = 0;
1183     int LastReloadSS = VirtRegMap::NO_STACK_SLOT;
1184     for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i) {
1185       LiveInterval *ReloadLi = added[i];
1186       if (ReloadLi->weight == HUGE_VALF &&
1187           li_->getApproximateInstructionCount(*ReloadLi) == 0) {
1188         unsigned ReloadIdx = ReloadLi->beginNumber();
1189         MachineBasicBlock *ReloadMBB = li_->getMBBFromIndex(ReloadIdx);
1190         int ReloadSS = vrm_->getStackSlot(ReloadLi->reg);
1191         if (LastReloadMBB == ReloadMBB && LastReloadSS == ReloadSS) {
1192           // Last reload of same SS is in the same MBB. We want to try to
1193           // allocate both reloads the same register and make sure the reg
1194           // isn't clobbered in between if at all possible.
1195           assert(LastReload->beginNumber() < ReloadIdx);
1196           NextReloadMap.insert(std::make_pair(LastReload->reg, ReloadLi->reg));
1197         }
1198         LastReloadMBB = ReloadMBB;
1199         LastReload = ReloadLi;
1200         LastReloadSS = ReloadSS;
1201       }
1202       unhandled_.push(ReloadLi);
1203     }
1204     return;
1205   }
1206
1207   ++NumBacktracks;
1208
1209   // Push the current interval back to unhandled since we are going
1210   // to re-run at least this iteration. Since we didn't modify it it
1211   // should go back right in the front of the list
1212   unhandled_.push(cur);
1213
1214   assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(minReg) &&
1215          "did not choose a register to spill?");
1216
1217   // We spill all intervals aliasing the register with
1218   // minimum weight, rollback to the interval with the earliest
1219   // start point and let the linear scan algorithm run again
1220   SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
1221
1222   // Determine which intervals have to be spilled.
1223   findIntervalsToSpill(cur, RegsWeights, LastCandidate, spillIs);
1224
1225   // Set of spilled vregs (used later to rollback properly)
1226   SmallSet<unsigned, 8> spilled;
1227
1228   // The earliest start of a Spilled interval indicates up to where
1229   // in handled we need to roll back
1230   
1231   LiveInterval *earliestStartInterval = cur;
1232
1233   // Spill live intervals of virtual regs mapped to the physical register we
1234   // want to clear (and its aliases).  We only spill those that overlap with the
1235   // current interval as the rest do not affect its allocation. we also keep
1236   // track of the earliest start of all spilled live intervals since this will
1237   // mark our rollback point.
1238   std::vector<LiveInterval*> added;
1239   while (!spillIs.empty()) {
1240     bool epicFail = false;
1241     LiveInterval *sli = spillIs.back();
1242     spillIs.pop_back();
1243     DOUT << "\t\t\tspilling(a): " << *sli << '\n';
1244     earliestStartInterval =
1245       (earliestStartInterval->beginNumber() < sli->beginNumber()) ?
1246          earliestStartInterval : sli;
1247        
1248     std::vector<LiveInterval*> newIs;
1249     if (!NewSpillFramework) {
1250       newIs = li_->addIntervalsForSpills(*sli, spillIs, loopInfo, *vrm_);
1251     } else {
1252       newIs = spiller_->spill(sli);
1253     }
1254     addStackInterval(sli, ls_, li_, mri_, *vrm_);
1255     std::copy(newIs.begin(), newIs.end(), std::back_inserter(added));
1256     spilled.insert(sli->reg);
1257
1258     if (epicFail) {
1259       //abort();
1260     }
1261   }
1262
1263   unsigned earliestStart = earliestStartInterval->beginNumber();
1264
1265   DOUT << "\t\trolling back to: " << earliestStart << '\n';
1266
1267   // Scan handled in reverse order up to the earliest start of a
1268   // spilled live interval and undo each one, restoring the state of
1269   // unhandled.
1270   while (!handled_.empty()) {
1271     LiveInterval* i = handled_.back();
1272     // If this interval starts before t we are done.
1273     if (i->beginNumber() < earliestStart)
1274       break;
1275     DOUT << "\t\t\tundo changes for: " << *i << '\n';
1276     handled_.pop_back();
1277
1278     // When undoing a live interval allocation we must know if it is active or
1279     // inactive to properly update regUse_ and the VirtRegMap.
1280     IntervalPtrs::iterator it;
1281     if ((it = FindIntervalInVector(active_, i)) != active_.end()) {
1282       active_.erase(it);
1283       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
1284       if (!spilled.count(i->reg))
1285         unhandled_.push(i);
1286       delRegUse(vrm_->getPhys(i->reg));
1287       vrm_->clearVirt(i->reg);
1288     } else if ((it = FindIntervalInVector(inactive_, i)) != inactive_.end()) {
1289       inactive_.erase(it);
1290       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
1291       if (!spilled.count(i->reg))
1292         unhandled_.push(i);
1293       vrm_->clearVirt(i->reg);
1294     } else {
1295       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(i->reg) &&
1296              "Can only allocate virtual registers!");
1297       vrm_->clearVirt(i->reg);
1298       unhandled_.push(i);
1299     }
1300
1301     DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator ii = DowngradeMap.find(i->reg);
1302     if (ii == DowngradeMap.end())
1303       // It interval has a preference, it must be defined by a copy. Clear the
1304       // preference now since the source interval allocation may have been
1305       // undone as well.
1306       mri_->setRegAllocationHint(i->reg, 0, 0);
1307     else {
1308       UpgradeRegister(ii->second);
1309     }
1310   }
1311
1312   // Rewind the iterators in the active, inactive, and fixed lists back to the
1313   // point we reverted to.
1314   RevertVectorIteratorsTo(active_, earliestStart);
1315   RevertVectorIteratorsTo(inactive_, earliestStart);
1316   RevertVectorIteratorsTo(fixed_, earliestStart);
1317
1318   // Scan the rest and undo each interval that expired after t and
1319   // insert it in active (the next iteration of the algorithm will
1320   // put it in inactive if required)
1321   for (unsigned i = 0, e = handled_.size(); i != e; ++i) {
1322     LiveInterval *HI = handled_[i];
1323     if (!HI->expiredAt(earliestStart) &&
1324         HI->expiredAt(cur->beginNumber())) {
1325       DOUT << "\t\t\tundo changes for: " << *HI << '\n';
1326       active_.push_back(std::make_pair(HI, HI->begin()));
1327       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(HI->reg));
1328       addRegUse(vrm_->getPhys(HI->reg));
1329     }
1330   }
1331
1332   // Merge added with unhandled.
1333   // This also update the NextReloadMap. That is, it adds mapping from a
1334   // register defined by a reload from SS to the next reload from SS in the
1335   // same basic block.
1336   MachineBasicBlock *LastReloadMBB = 0;
1337   LiveInterval *LastReload = 0;
1338   int LastReloadSS = VirtRegMap::NO_STACK_SLOT;
1339   std::sort(added.begin(), added.end(), LISorter());
1340   for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i) {
1341     LiveInterval *ReloadLi = added[i];
1342     if (ReloadLi->weight == HUGE_VALF &&
1343         li_->getApproximateInstructionCount(*ReloadLi) == 0) {
1344       unsigned ReloadIdx = ReloadLi->beginNumber();
1345       MachineBasicBlock *ReloadMBB = li_->getMBBFromIndex(ReloadIdx);
1346       int ReloadSS = vrm_->getStackSlot(ReloadLi->reg);
1347       if (LastReloadMBB == ReloadMBB && LastReloadSS == ReloadSS) {
1348         // Last reload of same SS is in the same MBB. We want to try to
1349         // allocate both reloads the same register and make sure the reg
1350         // isn't clobbered in between if at all possible.
1351         assert(LastReload->beginNumber() < ReloadIdx);
1352         NextReloadMap.insert(std::make_pair(LastReload->reg, ReloadLi->reg));
1353       }
1354       LastReloadMBB = ReloadMBB;
1355       LastReload = ReloadLi;
1356       LastReloadSS = ReloadSS;
1357     }
1358     unhandled_.push(ReloadLi);
1359   }
1360 }
1361
1362 unsigned RALinScan::getFreePhysReg(LiveInterval* cur,
1363                                    const TargetRegisterClass *RC,
1364                                    unsigned MaxInactiveCount,
1365                                    SmallVector<unsigned, 256> &inactiveCounts,
1366                                    bool SkipDGRegs) {
1367   unsigned FreeReg = 0;
1368   unsigned FreeRegInactiveCount = 0;
1369
1370   std::pair<unsigned, unsigned> Hint = mri_->getRegAllocationHint(cur->reg);
1371   // Resolve second part of the hint (if possible) given the current allocation.
1372   unsigned physReg = Hint.second;
1373   if (physReg &&
1374       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(physReg) && vrm_->hasPhys(physReg))
1375     physReg = vrm_->getPhys(physReg);
1376
1377   TargetRegisterClass::iterator I, E;
1378   tie(I, E) = tri_->getAllocationOrder(RC, Hint.first, physReg, *mf_);
1379   assert(I != E && "No allocatable register in this register class!");
1380
1381   // Scan for the first available register.
1382   for (; I != E; ++I) {
1383     unsigned Reg = *I;
1384     // Ignore "downgraded" registers.
1385     if (SkipDGRegs && DowngradedRegs.count(Reg))
1386       continue;
1387     if (isRegAvail(Reg)) {
1388       FreeReg = Reg;
1389       if (FreeReg < inactiveCounts.size())
1390         FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[FreeReg];
1391       else
1392         FreeRegInactiveCount = 0;
1393       break;
1394     }
1395   }
1396
1397   // If there are no free regs, or if this reg has the max inactive count,
1398   // return this register.
1399   if (FreeReg == 0 || FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount)
1400     return FreeReg;
1401  
1402   // Continue scanning the registers, looking for the one with the highest
1403   // inactive count.  Alkis found that this reduced register pressure very
1404   // slightly on X86 (in rev 1.94 of this file), though this should probably be
1405   // reevaluated now.
1406   for (; I != E; ++I) {
1407     unsigned Reg = *I;
1408     // Ignore "downgraded" registers.
1409     if (SkipDGRegs && DowngradedRegs.count(Reg))
1410       continue;
1411     if (isRegAvail(Reg) && Reg < inactiveCounts.size() &&
1412         FreeRegInactiveCount < inactiveCounts[Reg]) {
1413       FreeReg = Reg;
1414       FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[Reg];
1415       if (FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount)
1416         break;    // We found the one with the max inactive count.
1417     }
1418   }
1419
1420   return FreeReg;
1421 }
1422
1423 /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual register
1424 /// interval if we have one, otherwise return 0.
1425 unsigned RALinScan::getFreePhysReg(LiveInterval *cur) {
1426   SmallVector<unsigned, 256> inactiveCounts;
1427   unsigned MaxInactiveCount = 0;
1428   
1429   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
1430   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
1431  
1432   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(), e = inactive_.end();
1433        i != e; ++i) {
1434     unsigned reg = i->first->reg;
1435     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
1436            "Can only allocate virtual registers!");
1437
1438     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating, 
1439     // don't check it.
1440     const TargetRegisterClass *RegRC = mri_->getRegClass(reg);
1441     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader) {
1442       reg = vrm_->getPhys(reg);
1443       if (inactiveCounts.size() <= reg)
1444         inactiveCounts.resize(reg+1);
1445       ++inactiveCounts[reg];
1446       MaxInactiveCount = std::max(MaxInactiveCount, inactiveCounts[reg]);
1447     }
1448   }
1449
1450   // If copy coalescer has assigned a "preferred" register, check if it's
1451   // available first.
1452   unsigned Preference = vrm_->getRegAllocPref(cur->reg);
1453   if (Preference) {
1454     DOUT << "(preferred: " << tri_->getName(Preference) << ") ";
1455     if (isRegAvail(Preference) && 
1456         RC->contains(Preference))
1457       return Preference;
1458   }
1459
1460   if (!DowngradedRegs.empty()) {
1461     unsigned FreeReg = getFreePhysReg(cur, RC, MaxInactiveCount, inactiveCounts,
1462                                       true);
1463     if (FreeReg)
1464       return FreeReg;
1465   }
1466   return getFreePhysReg(cur, RC, MaxInactiveCount, inactiveCounts, false);
1467 }
1468
1469 FunctionPass* llvm::createLinearScanRegisterAllocator() {
1470   return new RALinScan();
1471 }