c5ce455b0ae5f636642fed1b80ca4747706d4a4b
[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 "llvm/Function.h"
18 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
19 #include "llvm/CodeGen/LiveStackAnalysis.h"
20 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
24 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
25 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
26 #include "llvm/CodeGen/RegisterCoalescer.h"
27 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
28 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
29 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
30 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
31 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
32 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
33 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
34 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
35 #include "llvm/Support/Debug.h"
36 #include "llvm/Support/Compiler.h"
37 #include <algorithm>
38 #include <set>
39 #include <queue>
40 #include <memory>
41 #include <cmath>
42 using namespace llvm;
43
44 STATISTIC(NumIters     , "Number of iterations performed");
45 STATISTIC(NumBacktracks, "Number of times we had to backtrack");
46 STATISTIC(NumCoalesce,   "Number of copies coalesced");
47 STATISTIC(NumDowngrade,  "Number of registers downgraded");
48
49 static cl::opt<bool>
50 NewHeuristic("new-spilling-heuristic",
51              cl::desc("Use new spilling heuristic"),
52              cl::init(false), cl::Hidden);
53
54 static cl::opt<bool>
55 PreSplitIntervals("pre-alloc-split",
56                   cl::desc("Pre-register allocation live interval splitting"),
57                   cl::init(false), cl::Hidden);
58
59 static RegisterRegAlloc
60 linearscanRegAlloc("linearscan", "linear scan register allocator",
61                    createLinearScanRegisterAllocator);
62
63 namespace {
64   struct VISIBILITY_HIDDEN RALinScan : public MachineFunctionPass {
65     static char ID;
66     RALinScan() : MachineFunctionPass(&ID) {}
67
68     typedef std::pair<LiveInterval*, LiveInterval::iterator> IntervalPtr;
69     typedef SmallVector<IntervalPtr, 32> IntervalPtrs;
70   private:
71     /// RelatedRegClasses - This structure is built the first time a function is
72     /// compiled, and keeps track of which register classes have registers that
73     /// belong to multiple classes or have aliases that are in other classes.
74     EquivalenceClasses<const TargetRegisterClass*> RelatedRegClasses;
75     DenseMap<unsigned, const TargetRegisterClass*> OneClassForEachPhysReg;
76
77     // NextReloadMap - For each register in the map, it maps to the another
78     // register which is defined by a reload from the same stack slot and
79     // both reloads are in the same basic block.
80     DenseMap<unsigned, unsigned> NextReloadMap;
81
82     // DowngradedRegs - A set of registers which are being "downgraded", i.e.
83     // un-favored for allocation.
84     SmallSet<unsigned, 8> DowngradedRegs;
85
86     // DowngradeMap - A map from virtual registers to physical registers being
87     // downgraded for the virtual registers.
88     DenseMap<unsigned, unsigned> DowngradeMap;
89
90     MachineFunction* mf_;
91     MachineRegisterInfo* mri_;
92     const TargetMachine* tm_;
93     const TargetRegisterInfo* tri_;
94     const TargetInstrInfo* tii_;
95     BitVector allocatableRegs_;
96     LiveIntervals* li_;
97     LiveStacks* ls_;
98     const MachineLoopInfo *loopInfo;
99
100     /// handled_ - Intervals are added to the handled_ set in the order of their
101     /// start value.  This is uses for backtracking.
102     std::vector<LiveInterval*> handled_;
103
104     /// fixed_ - Intervals that correspond to machine registers.
105     ///
106     IntervalPtrs fixed_;
107
108     /// active_ - Intervals that are currently being processed, and which have a
109     /// live range active for the current point.
110     IntervalPtrs active_;
111
112     /// inactive_ - Intervals that are currently being processed, but which have
113     /// a hold at the current point.
114     IntervalPtrs inactive_;
115
116     typedef std::priority_queue<LiveInterval*,
117                                 SmallVector<LiveInterval*, 64>,
118                                 greater_ptr<LiveInterval> > IntervalHeap;
119     IntervalHeap unhandled_;
120
121     /// regUse_ - Tracks register usage.
122     SmallVector<unsigned, 32> regUse_;
123     SmallVector<unsigned, 32> regUseBackUp_;
124
125     /// vrm_ - Tracks register assignments.
126     VirtRegMap* vrm_;
127
128     std::auto_ptr<VirtRegRewriter> rewriter_;
129
130   public:
131     virtual const char* getPassName() const {
132       return "Linear Scan Register Allocator";
133     }
134
135     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
136       AU.addRequired<LiveIntervals>();
137       if (StrongPHIElim)
138         AU.addRequiredID(StrongPHIEliminationID);
139       // Make sure PassManager knows which analyses to make available
140       // to coalescing and which analyses coalescing invalidates.
141       AU.addRequiredTransitive<RegisterCoalescer>();
142       if (PreSplitIntervals)
143         AU.addRequiredID(PreAllocSplittingID);
144       AU.addRequired<LiveStacks>();
145       AU.addPreserved<LiveStacks>();
146       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
147       AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
148       AU.addRequired<VirtRegMap>();
149       AU.addPreserved<VirtRegMap>();
150       AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
151       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
152     }
153
154     /// runOnMachineFunction - register allocate the whole function
155     bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
156
157   private:
158     /// linearScan - the linear scan algorithm
159     void linearScan();
160
161     /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
162     ///
163     void initIntervalSets();
164
165     /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping
166     /// ones to the inactive list.
167     void processActiveIntervals(unsigned CurPoint);
168
169     /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
170     /// ones to the active list.
171     void processInactiveIntervals(unsigned CurPoint);
172
173     /// hasNextReloadInterval - Return the next liveinterval that's being
174     /// defined by a reload from the same SS as the specified one.
175     LiveInterval *hasNextReloadInterval(LiveInterval *cur);
176
177     /// DowngradeRegister - Downgrade a register for allocation.
178     void DowngradeRegister(LiveInterval *li, unsigned Reg);
179
180     /// UpgradeRegister - Upgrade a register for allocation.
181     void UpgradeRegister(unsigned Reg);
182
183     /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one
184     /// is available, or spill.
185     void assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur);
186
187     void updateSpillWeights(std::vector<float> &Weights,
188                             unsigned reg, float weight,
189                             const TargetRegisterClass *RC);
190
191     /// findIntervalsToSpill - Determine the intervals to spill for the
192     /// specified interval. It's passed the physical registers whose spill
193     /// weight is the lowest among all the registers whose live intervals
194     /// conflict with the interval.
195     void findIntervalsToSpill(LiveInterval *cur,
196                             std::vector<std::pair<unsigned,float> > &Candidates,
197                             unsigned NumCands,
198                             SmallVector<LiveInterval*, 8> &SpillIntervals);
199
200     /// attemptTrivialCoalescing - If a simple interval is defined by a copy,
201     /// try allocate the definition the same register as the source register
202     /// if the register is not defined during live time of the interval. This
203     /// eliminate a copy. This is used to coalesce copies which were not
204     /// coalesced away before allocation either due to dest and src being in
205     /// different register classes or because the coalescer was overly
206     /// conservative.
207     unsigned attemptTrivialCoalescing(LiveInterval &cur, unsigned Reg);
208
209     ///
210     /// Register usage / availability tracking helpers.
211     ///
212
213     void initRegUses() {
214       regUse_.resize(tri_->getNumRegs(), 0);
215       regUseBackUp_.resize(tri_->getNumRegs(), 0);
216     }
217
218     void finalizeRegUses() {
219 #ifndef NDEBUG
220       // Verify all the registers are "freed".
221       bool Error = false;
222       for (unsigned i = 0, e = tri_->getNumRegs(); i != e; ++i) {
223         if (regUse_[i] != 0) {
224           cerr << tri_->getName(i) << " is still in use!\n";
225           Error = true;
226         }
227       }
228       if (Error)
229         abort();
230 #endif
231       regUse_.clear();
232       regUseBackUp_.clear();
233     }
234
235     void addRegUse(unsigned physReg) {
236       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
237              "should be physical register!");
238       ++regUse_[physReg];
239       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(physReg); *as; ++as)
240         ++regUse_[*as];
241     }
242
243     void delRegUse(unsigned physReg) {
244       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
245              "should be physical register!");
246       assert(regUse_[physReg] != 0);
247       --regUse_[physReg];
248       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(physReg); *as; ++as) {
249         assert(regUse_[*as] != 0);
250         --regUse_[*as];
251       }
252     }
253
254     bool isRegAvail(unsigned physReg) const {
255       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
256              "should be physical register!");
257       return regUse_[physReg] == 0;
258     }
259
260     void backUpRegUses() {
261       regUseBackUp_ = regUse_;
262     }
263
264     void restoreRegUses() {
265       regUse_ = regUseBackUp_;
266     }
267
268     ///
269     /// Register handling helpers.
270     ///
271
272     /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual
273     /// register interval if we have one, otherwise return 0.
274     unsigned getFreePhysReg(LiveInterval* cur);
275     unsigned getFreePhysReg(const TargetRegisterClass *RC,
276                             unsigned MaxInactiveCount,
277                             SmallVector<unsigned, 256> &inactiveCounts,
278                             bool SkipDGRegs);
279
280     /// assignVirt2StackSlot - assigns this virtual register to a
281     /// stack slot. returns the stack slot
282     int assignVirt2StackSlot(unsigned virtReg);
283
284     void ComputeRelatedRegClasses();
285
286     template <typename ItTy>
287     void printIntervals(const char* const str, ItTy i, ItTy e) const {
288       if (str) DOUT << str << " intervals:\n";
289       for (; i != e; ++i) {
290         DOUT << "\t" << *i->first << " -> ";
291         unsigned reg = i->first->reg;
292         if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg)) {
293           reg = vrm_->getPhys(reg);
294         }
295         DOUT << tri_->getName(reg) << '\n';
296       }
297     }
298   };
299   char RALinScan::ID = 0;
300 }
301
302 static RegisterPass<RALinScan>
303 X("linearscan-regalloc", "Linear Scan Register Allocator");
304
305 void RALinScan::ComputeRelatedRegClasses() {
306   // First pass, add all reg classes to the union, and determine at least one
307   // reg class that each register is in.
308   bool HasAliases = false;
309   for (TargetRegisterInfo::regclass_iterator RCI = tri_->regclass_begin(),
310        E = tri_->regclass_end(); RCI != E; ++RCI) {
311     RelatedRegClasses.insert(*RCI);
312     for (TargetRegisterClass::iterator I = (*RCI)->begin(), E = (*RCI)->end();
313          I != E; ++I) {
314       HasAliases = HasAliases || *tri_->getAliasSet(*I) != 0;
315       
316       const TargetRegisterClass *&PRC = OneClassForEachPhysReg[*I];
317       if (PRC) {
318         // Already processed this register.  Just make sure we know that
319         // multiple register classes share a register.
320         RelatedRegClasses.unionSets(PRC, *RCI);
321       } else {
322         PRC = *RCI;
323       }
324     }
325   }
326   
327   // Second pass, now that we know conservatively what register classes each reg
328   // belongs to, add info about aliases.  We don't need to do this for targets
329   // without register aliases.
330   if (HasAliases)
331     for (DenseMap<unsigned, const TargetRegisterClass*>::iterator
332          I = OneClassForEachPhysReg.begin(), E = OneClassForEachPhysReg.end();
333          I != E; ++I)
334       for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(I->first); *AS; ++AS)
335         RelatedRegClasses.unionSets(I->second, OneClassForEachPhysReg[*AS]);
336 }
337
338 /// attemptTrivialCoalescing - If a simple interval is defined by a copy,
339 /// try allocate the definition the same register as the source register
340 /// if the register is not defined during live time of the interval. This
341 /// eliminate a copy. This is used to coalesce copies which were not
342 /// coalesced away before allocation either due to dest and src being in
343 /// different register classes or because the coalescer was overly
344 /// conservative.
345 unsigned RALinScan::attemptTrivialCoalescing(LiveInterval &cur, unsigned Reg) {
346   if ((cur.preference && cur.preference == Reg) || !cur.containsOneValue())
347     return Reg;
348
349   VNInfo *vni = cur.begin()->valno;
350   if (!vni->def || vni->def == ~1U || vni->def == ~0U)
351     return Reg;
352   MachineInstr *CopyMI = li_->getInstructionFromIndex(vni->def);
353   unsigned SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg, PhysReg;
354   if (!CopyMI ||
355       !tii_->isMoveInstr(*CopyMI, SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg))
356     return Reg;
357   PhysReg = SrcReg;
358   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg)) {
359     if (!vrm_->isAssignedReg(SrcReg))
360       return Reg;
361     PhysReg = vrm_->getPhys(SrcReg);
362   }
363   if (Reg == PhysReg)
364     return Reg;
365
366   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur.reg);
367   if (!RC->contains(PhysReg))
368     return Reg;
369
370   // Try to coalesce.
371   if (!li_->conflictsWithPhysRegDef(cur, *vrm_, PhysReg)) {
372     DOUT << "Coalescing: " << cur << " -> " << tri_->getName(PhysReg)
373          << '\n';
374     vrm_->clearVirt(cur.reg);
375     vrm_->assignVirt2Phys(cur.reg, PhysReg);
376
377     // Remove unnecessary kills since a copy does not clobber the register.
378     if (li_->hasInterval(SrcReg)) {
379       LiveInterval &SrcLI = li_->getInterval(SrcReg);
380       for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = mri_->reg_begin(cur.reg),
381              E = mri_->reg_end(); I != E; ++I) {
382         MachineOperand &O = I.getOperand();
383         if (!O.isUse() || !O.isKill())
384           continue;
385         MachineInstr *MI = &*I;
386         if (SrcLI.liveAt(li_->getDefIndex(li_->getInstructionIndex(MI))))
387           O.setIsKill(false);
388       }
389     }
390
391     ++NumCoalesce;
392     return SrcReg;
393   }
394
395   return Reg;
396 }
397
398 bool RALinScan::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
399   mf_ = &fn;
400   mri_ = &fn.getRegInfo();
401   tm_ = &fn.getTarget();
402   tri_ = tm_->getRegisterInfo();
403   tii_ = tm_->getInstrInfo();
404   allocatableRegs_ = tri_->getAllocatableSet(fn);
405   li_ = &getAnalysis<LiveIntervals>();
406   ls_ = &getAnalysis<LiveStacks>();
407   loopInfo = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
408
409   // We don't run the coalescer here because we have no reason to
410   // interact with it.  If the coalescer requires interaction, it
411   // won't do anything.  If it doesn't require interaction, we assume
412   // it was run as a separate pass.
413
414   // If this is the first function compiled, compute the related reg classes.
415   if (RelatedRegClasses.empty())
416     ComputeRelatedRegClasses();
417
418   // Also resize register usage trackers.
419   initRegUses();
420
421   vrm_ = &getAnalysis<VirtRegMap>();
422   if (!rewriter_.get()) rewriter_.reset(createVirtRegRewriter());
423
424   initIntervalSets();
425
426   linearScan();
427
428   // Rewrite spill code and update the PhysRegsUsed set.
429   rewriter_->runOnMachineFunction(*mf_, *vrm_, li_);
430
431   assert(unhandled_.empty() && "Unhandled live intervals remain!");
432
433   finalizeRegUses();
434
435   fixed_.clear();
436   active_.clear();
437   inactive_.clear();
438   handled_.clear();
439   NextReloadMap.clear();
440   DowngradedRegs.clear();
441   DowngradeMap.clear();
442
443   return true;
444 }
445
446 /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
447 ///
448 void RALinScan::initIntervalSets()
449 {
450   assert(unhandled_.empty() && fixed_.empty() &&
451          active_.empty() && inactive_.empty() &&
452          "interval sets should be empty on initialization");
453
454   handled_.reserve(li_->getNumIntervals());
455
456   for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i) {
457     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->second->reg)) {
458       mri_->setPhysRegUsed(i->second->reg);
459       fixed_.push_back(std::make_pair(i->second, i->second->begin()));
460     } else
461       unhandled_.push(i->second);
462   }
463 }
464
465 void RALinScan::linearScan()
466 {
467   // linear scan algorithm
468   DOUT << "********** LINEAR SCAN **********\n";
469   DOUT << "********** Function: " << mf_->getFunction()->getName() << '\n';
470
471   DEBUG(printIntervals("fixed", fixed_.begin(), fixed_.end()));
472
473   while (!unhandled_.empty()) {
474     // pick the interval with the earliest start point
475     LiveInterval* cur = unhandled_.top();
476     unhandled_.pop();
477     ++NumIters;
478     DOUT << "\n*** CURRENT ***: " << *cur << '\n';
479
480     if (!cur->empty()) {
481       processActiveIntervals(cur->beginNumber());
482       processInactiveIntervals(cur->beginNumber());
483
484       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(cur->reg) &&
485              "Can only allocate virtual registers!");
486     }
487
488     // Allocating a virtual register. try to find a free
489     // physical register or spill an interval (possibly this one) in order to
490     // assign it one.
491     assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
492
493     DEBUG(printIntervals("active", active_.begin(), active_.end()));
494     DEBUG(printIntervals("inactive", inactive_.begin(), inactive_.end()));
495   }
496
497   // Expire any remaining active intervals
498   while (!active_.empty()) {
499     IntervalPtr &IP = active_.back();
500     unsigned reg = IP.first->reg;
501     DOUT << "\tinterval " << *IP.first << " expired\n";
502     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
503            "Can only allocate virtual registers!");
504     reg = vrm_->getPhys(reg);
505     delRegUse(reg);
506     active_.pop_back();
507   }
508
509   // Expire any remaining inactive intervals
510   DEBUG(for (IntervalPtrs::reverse_iterator
511                i = inactive_.rbegin(); i != inactive_.rend(); ++i)
512         DOUT << "\tinterval " << *i->first << " expired\n");
513   inactive_.clear();
514
515   // Add live-ins to every BB except for entry. Also perform trivial coalescing.
516   MachineFunction::iterator EntryMBB = mf_->begin();
517   SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> LiveInMBBs;
518   for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i) {
519     LiveInterval &cur = *i->second;
520     unsigned Reg = 0;
521     bool isPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(cur.reg);
522     if (isPhys)
523       Reg = cur.reg;
524     else if (vrm_->isAssignedReg(cur.reg))
525       Reg = attemptTrivialCoalescing(cur, vrm_->getPhys(cur.reg));
526     if (!Reg)
527       continue;
528     // Ignore splited live intervals.
529     if (!isPhys && vrm_->getPreSplitReg(cur.reg))
530       continue;
531     for (LiveInterval::Ranges::const_iterator I = cur.begin(), E = cur.end();
532          I != E; ++I) {
533       const LiveRange &LR = *I;
534       if (li_->findLiveInMBBs(LR.start, LR.end, LiveInMBBs)) {
535         for (unsigned i = 0, e = LiveInMBBs.size(); i != e; ++i)
536           if (LiveInMBBs[i] != EntryMBB)
537             LiveInMBBs[i]->addLiveIn(Reg);
538         LiveInMBBs.clear();
539       }
540     }
541   }
542
543   DOUT << *vrm_;
544
545   // Look for physical registers that end up not being allocated even though
546   // register allocator had to spill other registers in its register class.
547   if (ls_->getNumIntervals() == 0)
548     return;
549   if (!vrm_->FindUnusedRegisters(tri_, li_))
550     return;
551 }
552
553 /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping ones
554 /// to the inactive list.
555 void RALinScan::processActiveIntervals(unsigned CurPoint)
556 {
557   DOUT << "\tprocessing active intervals:\n";
558
559   for (unsigned i = 0, e = active_.size(); i != e; ++i) {
560     LiveInterval *Interval = active_[i].first;
561     LiveInterval::iterator IntervalPos = active_[i].second;
562     unsigned reg = Interval->reg;
563
564     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
565
566     if (IntervalPos == Interval->end()) {     // Remove expired intervals.
567       DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n";
568       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
569              "Can only allocate virtual registers!");
570       reg = vrm_->getPhys(reg);
571       delRegUse(reg);
572
573       // Pop off the end of the list.
574       active_[i] = active_.back();
575       active_.pop_back();
576       --i; --e;
577
578     } else if (IntervalPos->start > CurPoint) {
579       // Move inactive intervals to inactive list.
580       DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " inactive\n";
581       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
582              "Can only allocate virtual registers!");
583       reg = vrm_->getPhys(reg);
584       delRegUse(reg);
585       // add to inactive.
586       inactive_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
587
588       // Pop off the end of the list.
589       active_[i] = active_.back();
590       active_.pop_back();
591       --i; --e;
592     } else {
593       // Otherwise, just update the iterator position.
594       active_[i].second = IntervalPos;
595     }
596   }
597 }
598
599 /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
600 /// ones to the active list.
601 void RALinScan::processInactiveIntervals(unsigned CurPoint)
602 {
603   DOUT << "\tprocessing inactive intervals:\n";
604
605   for (unsigned i = 0, e = inactive_.size(); i != e; ++i) {
606     LiveInterval *Interval = inactive_[i].first;
607     LiveInterval::iterator IntervalPos = inactive_[i].second;
608     unsigned reg = Interval->reg;
609
610     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
611
612     if (IntervalPos == Interval->end()) {       // remove expired intervals.
613       DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n";
614
615       // Pop off the end of the list.
616       inactive_[i] = inactive_.back();
617       inactive_.pop_back();
618       --i; --e;
619     } else if (IntervalPos->start <= CurPoint) {
620       // move re-activated intervals in active list
621       DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " active\n";
622       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
623              "Can only allocate virtual registers!");
624       reg = vrm_->getPhys(reg);
625       addRegUse(reg);
626       // add to active
627       active_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
628
629       // Pop off the end of the list.
630       inactive_[i] = inactive_.back();
631       inactive_.pop_back();
632       --i; --e;
633     } else {
634       // Otherwise, just update the iterator position.
635       inactive_[i].second = IntervalPos;
636     }
637   }
638 }
639
640 /// updateSpillWeights - updates the spill weights of the specifed physical
641 /// register and its weight.
642 void RALinScan::updateSpillWeights(std::vector<float> &Weights,
643                                    unsigned reg, float weight,
644                                    const TargetRegisterClass *RC) {
645   SmallSet<unsigned, 4> Processed;
646   SmallSet<unsigned, 4> SuperAdded;
647   SmallVector<unsigned, 4> Supers;
648   Weights[reg] += weight;
649   Processed.insert(reg);
650   for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(reg); *as; ++as) {
651     Weights[*as] += weight;
652     Processed.insert(*as);
653     if (tri_->isSubRegister(*as, reg) &&
654         SuperAdded.insert(*as) &&
655         RC->contains(*as)) {
656       Supers.push_back(*as);
657     }
658   }
659
660   // If the alias is a super-register, and the super-register is in the
661   // register class we are trying to allocate. Then add the weight to all
662   // sub-registers of the super-register even if they are not aliases.
663   // e.g. allocating for GR32, bh is not used, updating bl spill weight.
664   //      bl should get the same spill weight otherwise it will be choosen
665   //      as a spill candidate since spilling bh doesn't make ebx available.
666   for (unsigned i = 0, e = Supers.size(); i != e; ++i) {
667     for (const unsigned *sr = tri_->getSubRegisters(Supers[i]); *sr; ++sr)
668       if (!Processed.count(*sr))
669         Weights[*sr] += weight;
670   }
671 }
672
673 static
674 RALinScan::IntervalPtrs::iterator
675 FindIntervalInVector(RALinScan::IntervalPtrs &IP, LiveInterval *LI) {
676   for (RALinScan::IntervalPtrs::iterator I = IP.begin(), E = IP.end();
677        I != E; ++I)
678     if (I->first == LI) return I;
679   return IP.end();
680 }
681
682 static void RevertVectorIteratorsTo(RALinScan::IntervalPtrs &V, unsigned Point){
683   for (unsigned i = 0, e = V.size(); i != e; ++i) {
684     RALinScan::IntervalPtr &IP = V[i];
685     LiveInterval::iterator I = std::upper_bound(IP.first->begin(),
686                                                 IP.second, Point);
687     if (I != IP.first->begin()) --I;
688     IP.second = I;
689   }
690 }
691
692 /// addStackInterval - Create a LiveInterval for stack if the specified live
693 /// interval has been spilled.
694 static void addStackInterval(LiveInterval *cur, LiveStacks *ls_,
695                              LiveIntervals *li_,
696                              MachineRegisterInfo* mri_, VirtRegMap &vrm_) {
697   int SS = vrm_.getStackSlot(cur->reg);
698   if (SS == VirtRegMap::NO_STACK_SLOT)
699     return;
700
701   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
702   LiveInterval &SI = ls_->getOrCreateInterval(SS, RC);
703
704   VNInfo *VNI;
705   if (SI.hasAtLeastOneValue())
706     VNI = SI.getValNumInfo(0);
707   else
708     VNI = SI.getNextValue(~0U, 0, ls_->getVNInfoAllocator());
709
710   LiveInterval &RI = li_->getInterval(cur->reg);
711   // FIXME: This may be overly conservative.
712   SI.MergeRangesInAsValue(RI, VNI);
713 }
714
715 /// getConflictWeight - Return the number of conflicts between cur
716 /// live interval and defs and uses of Reg weighted by loop depthes.
717 static
718 float getConflictWeight(LiveInterval *cur, unsigned Reg, LiveIntervals *li_,
719                         MachineRegisterInfo *mri_,
720                         const MachineLoopInfo *loopInfo) {
721   float Conflicts = 0;
722   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = mri_->reg_begin(Reg),
723          E = mri_->reg_end(); I != E; ++I) {
724     MachineInstr *MI = &*I;
725     if (cur->liveAt(li_->getInstructionIndex(MI))) {
726       unsigned loopDepth = loopInfo->getLoopDepth(MI->getParent());
727       Conflicts += powf(10.0f, (float)loopDepth);
728     }
729   }
730   return Conflicts;
731 }
732
733 /// findIntervalsToSpill - Determine the intervals to spill for the
734 /// specified interval. It's passed the physical registers whose spill
735 /// weight is the lowest among all the registers whose live intervals
736 /// conflict with the interval.
737 void RALinScan::findIntervalsToSpill(LiveInterval *cur,
738                             std::vector<std::pair<unsigned,float> > &Candidates,
739                             unsigned NumCands,
740                             SmallVector<LiveInterval*, 8> &SpillIntervals) {
741   // We have figured out the *best* register to spill. But there are other
742   // registers that are pretty good as well (spill weight within 3%). Spill
743   // the one that has fewest defs and uses that conflict with cur.
744   float Conflicts[3] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f };
745   SmallVector<LiveInterval*, 8> SLIs[3];
746
747   DOUT << "\tConsidering " << NumCands << " candidates: ";
748   DEBUG(for (unsigned i = 0; i != NumCands; ++i)
749           DOUT << tri_->getName(Candidates[i].first) << " ";
750         DOUT << "\n";);
751   
752   // Calculate the number of conflicts of each candidate.
753   for (IntervalPtrs::iterator i = active_.begin(); i != active_.end(); ++i) {
754     unsigned Reg = i->first->reg;
755     unsigned PhysReg = vrm_->getPhys(Reg);
756     if (!cur->overlapsFrom(*i->first, i->second))
757       continue;
758     for (unsigned j = 0; j < NumCands; ++j) {
759       unsigned Candidate = Candidates[j].first;
760       if (tri_->regsOverlap(PhysReg, Candidate)) {
761         if (NumCands > 1)
762           Conflicts[j] += getConflictWeight(cur, Reg, li_, mri_, loopInfo);
763         SLIs[j].push_back(i->first);
764       }
765     }
766   }
767
768   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(); i != inactive_.end(); ++i){
769     unsigned Reg = i->first->reg;
770     unsigned PhysReg = vrm_->getPhys(Reg);
771     if (!cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1))
772       continue;
773     for (unsigned j = 0; j < NumCands; ++j) {
774       unsigned Candidate = Candidates[j].first;
775       if (tri_->regsOverlap(PhysReg, Candidate)) {
776         if (NumCands > 1)
777           Conflicts[j] += getConflictWeight(cur, Reg, li_, mri_, loopInfo);
778         SLIs[j].push_back(i->first);
779       }
780     }
781   }
782
783   // Which is the best candidate?
784   unsigned BestCandidate = 0;
785   float MinConflicts = Conflicts[0];
786   for (unsigned i = 1; i != NumCands; ++i) {
787     if (Conflicts[i] < MinConflicts) {
788       BestCandidate = i;
789       MinConflicts = Conflicts[i];
790     }
791   }
792
793   std::copy(SLIs[BestCandidate].begin(), SLIs[BestCandidate].end(),
794             std::back_inserter(SpillIntervals));
795 }
796
797 namespace {
798   struct WeightCompare {
799     typedef std::pair<unsigned, float> RegWeightPair;
800     bool operator()(const RegWeightPair &LHS, const RegWeightPair &RHS) const {
801       return LHS.second < RHS.second;
802     }
803   };
804 }
805
806 static bool weightsAreClose(float w1, float w2) {
807   if (!NewHeuristic)
808     return false;
809
810   float diff = w1 - w2;
811   if (diff <= 0.02f)  // Within 0.02f
812     return true;
813   return (diff / w2) <= 0.05f;  // Within 5%.
814 }
815
816 LiveInterval *RALinScan::hasNextReloadInterval(LiveInterval *cur) {
817   DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator I = NextReloadMap.find(cur->reg);
818   if (I == NextReloadMap.end())
819     return 0;
820   return &li_->getInterval(I->second);
821 }
822
823 void RALinScan::DowngradeRegister(LiveInterval *li, unsigned Reg) {
824   bool isNew = DowngradedRegs.insert(Reg);
825   isNew = isNew; // Silence compiler warning.
826   assert(isNew && "Multiple reloads holding the same register?");
827   DowngradeMap.insert(std::make_pair(li->reg, Reg));
828   for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS) {
829     isNew = DowngradedRegs.insert(*AS);
830     isNew = isNew; // Silence compiler warning.
831     assert(isNew && "Multiple reloads holding the same register?");
832     DowngradeMap.insert(std::make_pair(li->reg, *AS));
833   }
834   ++NumDowngrade;
835 }
836
837 void RALinScan::UpgradeRegister(unsigned Reg) {
838   if (Reg) {
839     DowngradedRegs.erase(Reg);
840     for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS)
841       DowngradedRegs.erase(*AS);
842   }
843 }
844
845 namespace {
846   struct LISorter {
847     bool operator()(LiveInterval* A, LiveInterval* B) {
848       return A->beginNumber() < B->beginNumber();
849     }
850   };
851 }
852
853 /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one is available, or
854 /// spill.
855 void RALinScan::assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur)
856 {
857   DOUT << "\tallocating current interval: ";
858
859   // This is an implicitly defined live interval, just assign any register.
860   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
861   if (cur->empty()) {
862     unsigned physReg = cur->preference;
863     if (!physReg)
864       physReg = *RC->allocation_order_begin(*mf_);
865     DOUT <<  tri_->getName(physReg) << '\n';
866     // Note the register is not really in use.
867     vrm_->assignVirt2Phys(cur->reg, physReg);
868     return;
869   }
870
871   backUpRegUses();
872
873   std::vector<std::pair<unsigned, float> > SpillWeightsToAdd;
874   unsigned StartPosition = cur->beginNumber();
875   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
876
877   // If start of this live interval is defined by a move instruction and its
878   // source is assigned a physical register that is compatible with the target
879   // register class, then we should try to assign it the same register.
880   // This can happen when the move is from a larger register class to a smaller
881   // one, e.g. X86::mov32to32_. These move instructions are not coalescable.
882   if (!cur->preference && cur->hasAtLeastOneValue()) {
883     VNInfo *vni = cur->begin()->valno;
884     if (vni->def && vni->def != ~1U && vni->def != ~0U) {
885       MachineInstr *CopyMI = li_->getInstructionFromIndex(vni->def);
886       unsigned SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg;
887       if (CopyMI &&
888           tii_->isMoveInstr(*CopyMI, SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg)) {
889         unsigned Reg = 0;
890         if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
891           Reg = SrcReg;
892         else if (vrm_->isAssignedReg(SrcReg))
893           Reg = vrm_->getPhys(SrcReg);
894         if (Reg) {
895           if (SrcSubReg)
896             Reg = tri_->getSubReg(Reg, SrcSubReg);
897           if (DstSubReg)
898             Reg = tri_->getMatchingSuperReg(Reg, DstSubReg, RC);
899           if (Reg && allocatableRegs_[Reg] && RC->contains(Reg))
900             cur->preference = Reg;
901         }
902       }
903     }
904   }
905
906   // For every interval in inactive we overlap with, mark the
907   // register as not free and update spill weights.
908   for (IntervalPtrs::const_iterator i = inactive_.begin(),
909          e = inactive_.end(); i != e; ++i) {
910     unsigned Reg = i->first->reg;
911     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
912            "Can only allocate virtual registers!");
913     const TargetRegisterClass *RegRC = mri_->getRegClass(Reg);
914     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating, 
915     // don't check it.
916     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&
917         cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1)) {
918       Reg = vrm_->getPhys(Reg);
919       addRegUse(Reg);
920       SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(Reg, i->first->weight));
921     }
922   }
923   
924   // Speculatively check to see if we can get a register right now.  If not,
925   // we know we won't be able to by adding more constraints.  If so, we can
926   // check to see if it is valid.  Doing an exhaustive search of the fixed_ list
927   // is very bad (it contains all callee clobbered registers for any functions
928   // with a call), so we want to avoid doing that if possible.
929   unsigned physReg = getFreePhysReg(cur);
930   unsigned BestPhysReg = physReg;
931   if (physReg) {
932     // We got a register.  However, if it's in the fixed_ list, we might
933     // conflict with it.  Check to see if we conflict with it or any of its
934     // aliases.
935     SmallSet<unsigned, 8> RegAliases;
936     for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(physReg); *AS; ++AS)
937       RegAliases.insert(*AS);
938     
939     bool ConflictsWithFixed = false;
940     for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
941       IntervalPtr &IP = fixed_[i];
942       if (physReg == IP.first->reg || RegAliases.count(IP.first->reg)) {
943         // Okay, this reg is on the fixed list.  Check to see if we actually
944         // conflict.
945         LiveInterval *I = IP.first;
946         if (I->endNumber() > StartPosition) {
947           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
948           IP.second = II;
949           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
950             --II;
951           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
952             ConflictsWithFixed = true;
953             break;
954           }
955         }
956       }
957     }
958     
959     // Okay, the register picked by our speculative getFreePhysReg call turned
960     // out to be in use.  Actually add all of the conflicting fixed registers to
961     // regUse_ so we can do an accurate query.
962     if (ConflictsWithFixed) {
963       // For every interval in fixed we overlap with, mark the register as not
964       // free and update spill weights.
965       for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
966         IntervalPtr &IP = fixed_[i];
967         LiveInterval *I = IP.first;
968
969         const TargetRegisterClass *RegRC = OneClassForEachPhysReg[I->reg];
970         if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&       
971             I->endNumber() > StartPosition) {
972           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
973           IP.second = II;
974           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
975             --II;
976           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
977             unsigned reg = I->reg;
978             addRegUse(reg);
979             SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(reg, I->weight));
980           }
981         }
982       }
983
984       // Using the newly updated regUse_ object, which includes conflicts in the
985       // future, see if there are any registers available.
986       physReg = getFreePhysReg(cur);
987     }
988   }
989     
990   // Restore the physical register tracker, removing information about the
991   // future.
992   restoreRegUses();
993   
994   // If we find a free register, we are done: assign this virtual to
995   // the free physical register and add this interval to the active
996   // list.
997   if (physReg) {
998     DOUT <<  tri_->getName(physReg) << '\n';
999     vrm_->assignVirt2Phys(cur->reg, physReg);
1000     addRegUse(physReg);
1001     active_.push_back(std::make_pair(cur, cur->begin()));
1002     handled_.push_back(cur);
1003
1004     // "Upgrade" the physical register since it has been allocated.
1005     UpgradeRegister(physReg);
1006     if (LiveInterval *NextReloadLI = hasNextReloadInterval(cur)) {
1007       // "Downgrade" physReg to try to keep physReg from being allocated until
1008       // the next reload from the same SS is allocated. 
1009       NextReloadLI->preference = physReg;
1010       DowngradeRegister(cur, physReg);
1011     }
1012     return;
1013   }
1014   DOUT << "no free registers\n";
1015
1016   // Compile the spill weights into an array that is better for scanning.
1017   std::vector<float> SpillWeights(tri_->getNumRegs(), 0.0f);
1018   for (std::vector<std::pair<unsigned, float> >::iterator
1019        I = SpillWeightsToAdd.begin(), E = SpillWeightsToAdd.end(); I != E; ++I)
1020     updateSpillWeights(SpillWeights, I->first, I->second, RC);
1021   
1022   // for each interval in active, update spill weights.
1023   for (IntervalPtrs::const_iterator i = active_.begin(), e = active_.end();
1024        i != e; ++i) {
1025     unsigned reg = i->first->reg;
1026     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
1027            "Can only allocate virtual registers!");
1028     reg = vrm_->getPhys(reg);
1029     updateSpillWeights(SpillWeights, reg, i->first->weight, RC);
1030   }
1031  
1032   DOUT << "\tassigning stack slot at interval "<< *cur << ":\n";
1033
1034   // Find a register to spill.
1035   float minWeight = HUGE_VALF;
1036   unsigned minReg = 0; /*cur->preference*/;  // Try the pref register first.
1037
1038   bool Found = false;
1039   std::vector<std::pair<unsigned,float> > RegsWeights;
1040   if (!minReg || SpillWeights[minReg] == HUGE_VALF)
1041     for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
1042            e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
1043       unsigned reg = *i;
1044       float regWeight = SpillWeights[reg];
1045       if (minWeight > regWeight)
1046         Found = true;
1047       RegsWeights.push_back(std::make_pair(reg, regWeight));
1048     }
1049   
1050   // If we didn't find a register that is spillable, try aliases?
1051   if (!Found) {
1052     for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
1053            e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
1054       unsigned reg = *i;
1055       // No need to worry about if the alias register size < regsize of RC.
1056       // We are going to spill all registers that alias it anyway.
1057       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(reg); *as; ++as)
1058         RegsWeights.push_back(std::make_pair(*as, SpillWeights[*as]));
1059     }
1060   }
1061
1062   // Sort all potential spill candidates by weight.
1063   std::sort(RegsWeights.begin(), RegsWeights.end(), WeightCompare());
1064   minReg = RegsWeights[0].first;
1065   minWeight = RegsWeights[0].second;
1066   if (minWeight == HUGE_VALF) {
1067     // All registers must have inf weight. Just grab one!
1068     minReg = BestPhysReg ? BestPhysReg : *RC->allocation_order_begin(*mf_);
1069     if (cur->weight == HUGE_VALF ||
1070         li_->getApproximateInstructionCount(*cur) == 0) {
1071       // Spill a physical register around defs and uses.
1072       if (li_->spillPhysRegAroundRegDefsUses(*cur, minReg, *vrm_)) {
1073         // spillPhysRegAroundRegDefsUses may have invalidated iterator stored
1074         // in fixed_. Reset them.
1075         for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
1076           IntervalPtr &IP = fixed_[i];
1077           LiveInterval *I = IP.first;
1078           if (I->reg == minReg || tri_->isSubRegister(minReg, I->reg))
1079             IP.second = I->advanceTo(I->begin(), StartPosition);
1080         }
1081
1082         DowngradedRegs.clear();
1083         assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
1084       } else {
1085         cerr << "Ran out of registers during register allocation!\n";
1086         exit(1);
1087       }
1088       return;
1089     }
1090   }
1091
1092   // Find up to 3 registers to consider as spill candidates.
1093   unsigned LastCandidate = RegsWeights.size() >= 3 ? 3 : 1;
1094   while (LastCandidate > 1) {
1095     if (weightsAreClose(RegsWeights[LastCandidate-1].second, minWeight))
1096       break;
1097     --LastCandidate;
1098   }
1099
1100   DOUT << "\t\tregister(s) with min weight(s): ";
1101   DEBUG(for (unsigned i = 0; i != LastCandidate; ++i)
1102           DOUT << tri_->getName(RegsWeights[i].first)
1103                << " (" << RegsWeights[i].second << ")\n");
1104
1105   // If the current has the minimum weight, we need to spill it and
1106   // add any added intervals back to unhandled, and restart
1107   // linearscan.
1108   if (cur->weight != HUGE_VALF && cur->weight <= minWeight) {
1109     DOUT << "\t\t\tspilling(c): " << *cur << '\n';
1110     SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
1111     std::vector<LiveInterval*> added =
1112       li_->addIntervalsForSpills(*cur, spillIs, loopInfo, *vrm_);
1113     std::sort(added.begin(), added.end(), LISorter());
1114     addStackInterval(cur, ls_, li_, mri_, *vrm_);
1115     if (added.empty())
1116       return;  // Early exit if all spills were folded.
1117
1118     // Merge added with unhandled.  Note that we have already sorted
1119     // intervals returned by addIntervalsForSpills by their starting
1120     // point.
1121     // This also update the NextReloadMap. That is, it adds mapping from a
1122     // register defined by a reload from SS to the next reload from SS in the
1123     // same basic block.
1124     MachineBasicBlock *LastReloadMBB = 0;
1125     LiveInterval *LastReload = 0;
1126     int LastReloadSS = VirtRegMap::NO_STACK_SLOT;
1127     for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i) {
1128       LiveInterval *ReloadLi = added[i];
1129       if (ReloadLi->weight == HUGE_VALF &&
1130           li_->getApproximateInstructionCount(*ReloadLi) == 0) {
1131         unsigned ReloadIdx = ReloadLi->beginNumber();
1132         MachineBasicBlock *ReloadMBB = li_->getMBBFromIndex(ReloadIdx);
1133         int ReloadSS = vrm_->getStackSlot(ReloadLi->reg);
1134         if (LastReloadMBB == ReloadMBB && LastReloadSS == ReloadSS) {
1135           // Last reload of same SS is in the same MBB. We want to try to
1136           // allocate both reloads the same register and make sure the reg
1137           // isn't clobbered in between if at all possible.
1138           assert(LastReload->beginNumber() < ReloadIdx);
1139           NextReloadMap.insert(std::make_pair(LastReload->reg, ReloadLi->reg));
1140         }
1141         LastReloadMBB = ReloadMBB;
1142         LastReload = ReloadLi;
1143         LastReloadSS = ReloadSS;
1144       }
1145       unhandled_.push(ReloadLi);
1146     }
1147     return;
1148   }
1149
1150   ++NumBacktracks;
1151
1152   // Push the current interval back to unhandled since we are going
1153   // to re-run at least this iteration. Since we didn't modify it it
1154   // should go back right in the front of the list
1155   unhandled_.push(cur);
1156
1157   assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(minReg) &&
1158          "did not choose a register to spill?");
1159
1160   // We spill all intervals aliasing the register with
1161   // minimum weight, rollback to the interval with the earliest
1162   // start point and let the linear scan algorithm run again
1163   SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
1164
1165   // Determine which intervals have to be spilled.
1166   findIntervalsToSpill(cur, RegsWeights, LastCandidate, spillIs);
1167
1168   // Set of spilled vregs (used later to rollback properly)
1169   SmallSet<unsigned, 8> spilled;
1170
1171   // The earliest start of a Spilled interval indicates up to where
1172   // in handled we need to roll back
1173   unsigned earliestStart = cur->beginNumber();
1174
1175   // Spill live intervals of virtual regs mapped to the physical register we
1176   // want to clear (and its aliases).  We only spill those that overlap with the
1177   // current interval as the rest do not affect its allocation. we also keep
1178   // track of the earliest start of all spilled live intervals since this will
1179   // mark our rollback point.
1180   std::vector<LiveInterval*> added;
1181   while (!spillIs.empty()) {
1182     LiveInterval *sli = spillIs.back();
1183     spillIs.pop_back();
1184     DOUT << "\t\t\tspilling(a): " << *sli << '\n';
1185     earliestStart = std::min(earliestStart, sli->beginNumber());
1186     std::vector<LiveInterval*> newIs =
1187       li_->addIntervalsForSpills(*sli, spillIs, loopInfo, *vrm_);
1188     addStackInterval(sli, ls_, li_, mri_, *vrm_);
1189     std::copy(newIs.begin(), newIs.end(), std::back_inserter(added));
1190     spilled.insert(sli->reg);
1191   }
1192
1193   DOUT << "\t\trolling back to: " << earliestStart << '\n';
1194
1195   // Scan handled in reverse order up to the earliest start of a
1196   // spilled live interval and undo each one, restoring the state of
1197   // unhandled.
1198   while (!handled_.empty()) {
1199     LiveInterval* i = handled_.back();
1200     // If this interval starts before t we are done.
1201     if (i->beginNumber() < earliestStart)
1202       break;
1203     DOUT << "\t\t\tundo changes for: " << *i << '\n';
1204     handled_.pop_back();
1205
1206     // When undoing a live interval allocation we must know if it is active or
1207     // inactive to properly update regUse_ and the VirtRegMap.
1208     IntervalPtrs::iterator it;
1209     if ((it = FindIntervalInVector(active_, i)) != active_.end()) {
1210       active_.erase(it);
1211       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
1212       if (!spilled.count(i->reg))
1213         unhandled_.push(i);
1214       delRegUse(vrm_->getPhys(i->reg));
1215       vrm_->clearVirt(i->reg);
1216     } else if ((it = FindIntervalInVector(inactive_, i)) != inactive_.end()) {
1217       inactive_.erase(it);
1218       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
1219       if (!spilled.count(i->reg))
1220         unhandled_.push(i);
1221       vrm_->clearVirt(i->reg);
1222     } else {
1223       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(i->reg) &&
1224              "Can only allocate virtual registers!");
1225       vrm_->clearVirt(i->reg);
1226       unhandled_.push(i);
1227     }
1228
1229     DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator ii = DowngradeMap.find(i->reg);
1230     if (ii == DowngradeMap.end())
1231       // It interval has a preference, it must be defined by a copy. Clear the
1232       // preference now since the source interval allocation may have been
1233       // undone as well.
1234       i->preference = 0;
1235     else {
1236       UpgradeRegister(ii->second);
1237     }
1238   }
1239
1240   // Rewind the iterators in the active, inactive, and fixed lists back to the
1241   // point we reverted to.
1242   RevertVectorIteratorsTo(active_, earliestStart);
1243   RevertVectorIteratorsTo(inactive_, earliestStart);
1244   RevertVectorIteratorsTo(fixed_, earliestStart);
1245
1246   // Scan the rest and undo each interval that expired after t and
1247   // insert it in active (the next iteration of the algorithm will
1248   // put it in inactive if required)
1249   for (unsigned i = 0, e = handled_.size(); i != e; ++i) {
1250     LiveInterval *HI = handled_[i];
1251     if (!HI->expiredAt(earliestStart) &&
1252         HI->expiredAt(cur->beginNumber())) {
1253       DOUT << "\t\t\tundo changes for: " << *HI << '\n';
1254       active_.push_back(std::make_pair(HI, HI->begin()));
1255       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(HI->reg));
1256       addRegUse(vrm_->getPhys(HI->reg));
1257     }
1258   }
1259
1260   // Merge added with unhandled.
1261   // This also update the NextReloadMap. That is, it adds mapping from a
1262   // register defined by a reload from SS to the next reload from SS in the
1263   // same basic block.
1264   MachineBasicBlock *LastReloadMBB = 0;
1265   LiveInterval *LastReload = 0;
1266   int LastReloadSS = VirtRegMap::NO_STACK_SLOT;
1267   std::sort(added.begin(), added.end(), LISorter());
1268   for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i) {
1269     LiveInterval *ReloadLi = added[i];
1270     if (ReloadLi->weight == HUGE_VALF &&
1271         li_->getApproximateInstructionCount(*ReloadLi) == 0) {
1272       unsigned ReloadIdx = ReloadLi->beginNumber();
1273       MachineBasicBlock *ReloadMBB = li_->getMBBFromIndex(ReloadIdx);
1274       int ReloadSS = vrm_->getStackSlot(ReloadLi->reg);
1275       if (LastReloadMBB == ReloadMBB && LastReloadSS == ReloadSS) {
1276         // Last reload of same SS is in the same MBB. We want to try to
1277         // allocate both reloads the same register and make sure the reg
1278         // isn't clobbered in between if at all possible.
1279         assert(LastReload->beginNumber() < ReloadIdx);
1280         NextReloadMap.insert(std::make_pair(LastReload->reg, ReloadLi->reg));
1281       }
1282       LastReloadMBB = ReloadMBB;
1283       LastReload = ReloadLi;
1284       LastReloadSS = ReloadSS;
1285     }
1286     unhandled_.push(ReloadLi);
1287   }
1288 }
1289
1290 unsigned RALinScan::getFreePhysReg(const TargetRegisterClass *RC,
1291                                    unsigned MaxInactiveCount,
1292                                    SmallVector<unsigned, 256> &inactiveCounts,
1293                                    bool SkipDGRegs) {
1294   unsigned FreeReg = 0;
1295   unsigned FreeRegInactiveCount = 0;
1296
1297   TargetRegisterClass::iterator I = RC->allocation_order_begin(*mf_);
1298   TargetRegisterClass::iterator E = RC->allocation_order_end(*mf_);
1299   assert(I != E && "No allocatable register in this register class!");
1300
1301   // Scan for the first available register.
1302   for (; I != E; ++I) {
1303     unsigned Reg = *I;
1304     // Ignore "downgraded" registers.
1305     if (SkipDGRegs && DowngradedRegs.count(Reg))
1306       continue;
1307     if (isRegAvail(Reg)) {
1308       FreeReg = Reg;
1309       if (FreeReg < inactiveCounts.size())
1310         FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[FreeReg];
1311       else
1312         FreeRegInactiveCount = 0;
1313       break;
1314     }
1315   }
1316
1317   // If there are no free regs, or if this reg has the max inactive count,
1318   // return this register.
1319   if (FreeReg == 0 || FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount)
1320     return FreeReg;
1321   
1322   // Continue scanning the registers, looking for the one with the highest
1323   // inactive count.  Alkis found that this reduced register pressure very
1324   // slightly on X86 (in rev 1.94 of this file), though this should probably be
1325   // reevaluated now.
1326   for (; I != E; ++I) {
1327     unsigned Reg = *I;
1328     // Ignore "downgraded" registers.
1329     if (SkipDGRegs && DowngradedRegs.count(Reg))
1330       continue;
1331     if (isRegAvail(Reg) && Reg < inactiveCounts.size() &&
1332         FreeRegInactiveCount < inactiveCounts[Reg]) {
1333       FreeReg = Reg;
1334       FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[Reg];
1335       if (FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount)
1336         break;    // We found the one with the max inactive count.
1337     }
1338   }
1339
1340   return FreeReg;
1341 }
1342
1343 /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual register
1344 /// interval if we have one, otherwise return 0.
1345 unsigned RALinScan::getFreePhysReg(LiveInterval *cur) {
1346   SmallVector<unsigned, 256> inactiveCounts;
1347   unsigned MaxInactiveCount = 0;
1348   
1349   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
1350   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
1351  
1352   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(), e = inactive_.end();
1353        i != e; ++i) {
1354     unsigned reg = i->first->reg;
1355     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
1356            "Can only allocate virtual registers!");
1357
1358     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating, 
1359     // don't check it.
1360     const TargetRegisterClass *RegRC = mri_->getRegClass(reg);
1361     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader) {
1362       reg = vrm_->getPhys(reg);
1363       if (inactiveCounts.size() <= reg)
1364         inactiveCounts.resize(reg+1);
1365       ++inactiveCounts[reg];
1366       MaxInactiveCount = std::max(MaxInactiveCount, inactiveCounts[reg]);
1367     }
1368   }
1369
1370   // If copy coalescer has assigned a "preferred" register, check if it's
1371   // available first.
1372   if (cur->preference) {
1373     DOUT << "(preferred: " << tri_->getName(cur->preference) << ") ";
1374     if (isRegAvail(cur->preference) && 
1375         RC->contains(cur->preference))
1376       return cur->preference;
1377   }
1378
1379   if (!DowngradedRegs.empty()) {
1380     unsigned FreeReg = getFreePhysReg(RC, MaxInactiveCount, inactiveCounts,
1381                                       true);
1382     if (FreeReg)
1383       return FreeReg;
1384   }
1385   return getFreePhysReg(RC, MaxInactiveCount, inactiveCounts, false);
1386 }
1387
1388 FunctionPass* llvm::createLinearScanRegisterAllocator() {
1389   return new RALinScan();
1390 }