lib/CodeGen/RegAllocLinearScan.cpp

   1 //===-- RegAllocLinearScan.cpp - Linear Scan register allocator -----------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
   6 // the University of Illinois Open Source 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 "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  16 #include "PhysRegTracker.h"
  17 #include "VirtRegMap.h"
  18 #include "llvm/Function.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  22 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/SSARegMap.h"
  24 #include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
  25 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  26 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
  27 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  28 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  29 #include "llvm/Support/Debug.h"
  30 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  31 #include <algorithm>
  32 #include <cmath>
  33 #include <iostream>
  34 #include <set>
  35 #include <queue>
  36 #include <memory>
  37 using namespace llvm;
  38
  39 namespace {
  40
  41   static Statistic<double> efficiency
  42   ("regalloc", "Ratio of intervals processed over total intervals");
  43   static Statistic<> NumBacktracks
  44   ("regalloc", "Number of times we had to backtrack");
  45
  46   static RegisterRegAlloc
  47     linearscanRegAlloc("linearscan", "  linear scan register allocator",
  48                        createLinearScanRegisterAllocator);
  49
  50   static unsigned numIterations = 0;
  51   static unsigned numIntervals = 0;
  52
  53   struct VISIBILITY_HIDDEN RA : public MachineFunctionPass {
  54     typedef std::pair<LiveInterval*, LiveInterval::iterator> IntervalPtr;
  55     typedef std::vector<IntervalPtr> IntervalPtrs;
  56   private:
  57     /// RelatedRegClasses - This structure is built the first time a function is
  58     /// compiled, and keeps track of which register classes have registers that
  59     /// belong to multiple classes or have aliases that are in other classes.
  60     EquivalenceClasses<const TargetRegisterClass*> RelatedRegClasses;
  61     std::map<unsigned, const TargetRegisterClass*> OneClassForEachPhysReg;
  62
  63     MachineFunction* mf_;
  64     const TargetMachine* tm_;
  65     const MRegisterInfo* mri_;
  66     LiveIntervals* li_;
  67     bool *PhysRegsUsed;
  68
  69     /// handled_ - Intervals are added to the handled_ set in the order of their
  70     /// start value.  This is uses for backtracking.
  71     std::vector<LiveInterval*> handled_;
  72
  73     /// fixed_ - Intervals that correspond to machine registers.
  74     ///
  75     IntervalPtrs fixed_;
  76
  77     /// active_ - Intervals that are currently being processed, and which have a
  78     /// live range active for the current point.
  79     IntervalPtrs active_;
  80
  81     /// inactive_ - Intervals that are currently being processed, but which have
  82     /// a hold at the current point.
  83     IntervalPtrs inactive_;
  84
  85     typedef std::priority_queue<LiveInterval*,
  86                                 std::vector<LiveInterval*>,
  87                                 greater_ptr<LiveInterval> > IntervalHeap;
  88     IntervalHeap unhandled_;
  89     std::auto_ptr<PhysRegTracker> prt_;
  90     std::auto_ptr<VirtRegMap> vrm_;
  91     std::auto_ptr<Spiller> spiller_;
  92
  93   public:
  94     virtual const char* getPassName() const {
  95       return "Linear Scan Register Allocator";
  96     }
  97
  98     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  99       AU.addRequired<LiveIntervals>();
 100       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
 101     }
 102
 103     /// runOnMachineFunction - register allocate the whole function
 104     bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
 105
 106   private:
 107     /// linearScan - the linear scan algorithm
 108     void linearScan();
 109
 110     /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
 111     ///
 112     void initIntervalSets();
 113
 114     /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping
 115     /// ones to the inactive list.
 116     void processActiveIntervals(unsigned CurPoint);
 117
 118     /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
 119     /// ones to the active list.
 120     void processInactiveIntervals(unsigned CurPoint);
 121
 122     /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one
 123     /// is available, or spill.
 124     void assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur);
 125
 126     ///
 127     /// register handling helpers
 128     ///
 129
 130     /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual
 131     /// register interval if we have one, otherwise return 0.
 132     unsigned getFreePhysReg(LiveInterval* cur);
 133
 134     /// assignVirt2StackSlot - assigns this virtual register to a
 135     /// stack slot. returns the stack slot
 136     int assignVirt2StackSlot(unsigned virtReg);
 137
 138     void ComputeRelatedRegClasses();
 139
 140     template <typename ItTy>
 141     void printIntervals(const char* const str, ItTy i, ItTy e) const {
 142       if (str) std::cerr << str << " intervals:\n";
 143       for (; i != e; ++i) {
 144         std::cerr << "\t" << *i->first << " -> ";
 145         unsigned reg = i->first->reg;
 146         if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg)) {
 147           reg = vrm_->getPhys(reg);
 148         }
 149         std::cerr << mri_->getName(reg) << '\n';
 150       }
 151     }
 152   };
 153 }
 154
 155 void RA::ComputeRelatedRegClasses() {
 156   const MRegisterInfo &MRI = *mri_;
 157
 158   // First pass, add all reg classes to the union, and determine at least one
 159   // reg class that each register is in.
 160   bool HasAliases = false;
 161   for (MRegisterInfo::regclass_iterator RCI = MRI.regclass_begin(),
 162        E = MRI.regclass_end(); RCI != E; ++RCI) {
 163     RelatedRegClasses.insert(*RCI);
 164     for (TargetRegisterClass::iterator I = (*RCI)->begin(), E = (*RCI)->end();
 165          I != E; ++I) {
 166       HasAliases = HasAliases || *MRI.getAliasSet(*I) != 0;
 167
 168       const TargetRegisterClass *&PRC = OneClassForEachPhysReg[*I];
 169       if (PRC) {
 170         // Already processed this register.  Just make sure we know that
 171         // multiple register classes share a register.
 172         RelatedRegClasses.unionSets(PRC, *RCI);
 173       } else {
 174         PRC = *RCI;
 175       }
 176     }
 177   }
 178
 179   // Second pass, now that we know conservatively what register classes each reg
 180   // belongs to, add info about aliases.  We don't need to do this for targets
 181   // without register aliases.
 182   if (HasAliases)
 183     for (std::map<unsigned, const TargetRegisterClass*>::iterator
 184          I = OneClassForEachPhysReg.begin(), E = OneClassForEachPhysReg.end();
 185          I != E; ++I)
 186       for (const unsigned *AS = MRI.getAliasSet(I->first); *AS; ++AS)
 187         RelatedRegClasses.unionSets(I->second, OneClassForEachPhysReg[*AS]);
 188 }
 189
 190 bool RA::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
 191   mf_ = &fn;
 192   tm_ = &fn.getTarget();
 193   mri_ = tm_->getRegisterInfo();
 194   li_ = &getAnalysis<LiveIntervals>();
 195
 196   // If this is the first function compiled, compute the related reg classes.
 197   if (RelatedRegClasses.empty())
 198     ComputeRelatedRegClasses();
 199
 200   PhysRegsUsed = new bool[mri_->getNumRegs()];
 201   std::fill(PhysRegsUsed, PhysRegsUsed+mri_->getNumRegs(), false);
 202   fn.setUsedPhysRegs(PhysRegsUsed);
 203
 204   if (!prt_.get()) prt_.reset(new PhysRegTracker(*mri_));
 205   vrm_.reset(new VirtRegMap(*mf_));
 206   if (!spiller_.get()) spiller_.reset(createSpiller());
 207
 208   initIntervalSets();
 209
 210   linearScan();
 211
 212   // Rewrite spill code and update the PhysRegsUsed set.
 213   spiller_->runOnMachineFunction(*mf_, *vrm_);
 214
 215   vrm_.reset();  // Free the VirtRegMap
 216
 217
 218   while (!unhandled_.empty()) unhandled_.pop();
 219   fixed_.clear();
 220   active_.clear();
 221   inactive_.clear();
 222   handled_.clear();
 223
 224   return true;
 225 }
 226
 227 /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
 228 ///
 229 void RA::initIntervalSets()
 230 {
 231   assert(unhandled_.empty() && fixed_.empty() &&
 232          active_.empty() && inactive_.empty() &&
 233          "interval sets should be empty on initialization");
 234
 235   for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i) {
 236     if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->second.reg)) {
 237       PhysRegsUsed[i->second.reg] = true;
 238       fixed_.push_back(std::make_pair(&i->second, i->second.begin()));
 239     } else
 240       unhandled_.push(&i->second);
 241   }
 242 }
 243
 244 void RA::linearScan()
 245 {
 246   // linear scan algorithm
 247   DEBUG(std::cerr << "********** LINEAR SCAN **********\n");
 248   DEBUG(std::cerr << "********** Function: "
 249         << mf_->getFunction()->getName() << '\n');
 250
 251   // DEBUG(printIntervals("unhandled", unhandled_.begin(), unhandled_.end()));
 252   DEBUG(printIntervals("fixed", fixed_.begin(), fixed_.end()));
 253   DEBUG(printIntervals("active", active_.begin(), active_.end()));
 254   DEBUG(printIntervals("inactive", inactive_.begin(), inactive_.end()));
 255
 256   while (!unhandled_.empty()) {
 257     // pick the interval with the earliest start point
 258     LiveInterval* cur = unhandled_.top();
 259     unhandled_.pop();
 260     ++numIterations;
 261     DEBUG(std::cerr << "\n*** CURRENT ***: " << *cur << '\n');
 262
 263     processActiveIntervals(cur->beginNumber());
 264     processInactiveIntervals(cur->beginNumber());
 265
 266     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(cur->reg) &&
 267            "Can only allocate virtual registers!");
 268
 269     // Allocating a virtual register. try to find a free
 270     // physical register or spill an interval (possibly this one) in order to
 271     // assign it one.
 272     assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
 273
 274     DEBUG(printIntervals("active", active_.begin(), active_.end()));
 275     DEBUG(printIntervals("inactive", inactive_.begin(), inactive_.end()));
 276   }
 277   numIntervals += li_->getNumIntervals();
 278   efficiency = double(numIterations) / double(numIntervals);
 279
 280   // expire any remaining active intervals
 281   for (IntervalPtrs::reverse_iterator
 282          i = active_.rbegin(); i != active_.rend(); ) {
 283     unsigned reg = i->first->reg;
 284     DEBUG(std::cerr << "\tinterval " << *i->first << " expired\n");
 285     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 286            "Can only allocate virtual registers!");
 287     reg = vrm_->getPhys(reg);
 288     prt_->delRegUse(reg);
 289     i = IntervalPtrs::reverse_iterator(active_.erase(i.base()-1));
 290   }
 291
 292   // expire any remaining inactive intervals
 293   for (IntervalPtrs::reverse_iterator
 294          i = inactive_.rbegin(); i != inactive_.rend(); ) {
 295     DEBUG(std::cerr << "\tinterval " << *i->first << " expired\n");
 296     i = IntervalPtrs::reverse_iterator(inactive_.erase(i.base()-1));
 297   }
 298
 299   DEBUG(std::cerr << *vrm_);
 300 }
 301
 302 /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping ones
 303 /// to the inactive list.
 304 void RA::processActiveIntervals(unsigned CurPoint)
 305 {
 306   DEBUG(std::cerr << "\tprocessing active intervals:\n");
 307
 308   for (unsigned i = 0, e = active_.size(); i != e; ++i) {
 309     LiveInterval *Interval = active_[i].first;
 310     LiveInterval::iterator IntervalPos = active_[i].second;
 311     unsigned reg = Interval->reg;
 312
 313     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
 314
 315     if (IntervalPos == Interval->end()) {     // Remove expired intervals.
 316       DEBUG(std::cerr << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n");
 317       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 318              "Can only allocate virtual registers!");
 319       reg = vrm_->getPhys(reg);
 320       prt_->delRegUse(reg);
 321
 322       // Pop off the end of the list.
 323       active_[i] = active_.back();
 324       active_.pop_back();
 325       --i; --e;
 326
 327     } else if (IntervalPos->start > CurPoint) {
 328       // Move inactive intervals to inactive list.
 329       DEBUG(std::cerr << "\t\tinterval " << *Interval << " inactive\n");
 330       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 331              "Can only allocate virtual registers!");
 332       reg = vrm_->getPhys(reg);
 333       prt_->delRegUse(reg);
 334       // add to inactive.
 335       inactive_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
 336
 337       // Pop off the end of the list.
 338       active_[i] = active_.back();
 339       active_.pop_back();
 340       --i; --e;
 341     } else {
 342       // Otherwise, just update the iterator position.
 343       active_[i].second = IntervalPos;
 344     }
 345   }
 346 }
 347
 348 /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
 349 /// ones to the active list.
 350 void RA::processInactiveIntervals(unsigned CurPoint)
 351 {
 352   DEBUG(std::cerr << "\tprocessing inactive intervals:\n");
 353
 354   for (unsigned i = 0, e = inactive_.size(); i != e; ++i) {
 355     LiveInterval *Interval = inactive_[i].first;
 356     LiveInterval::iterator IntervalPos = inactive_[i].second;
 357     unsigned reg = Interval->reg;
 358
 359     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
 360
 361     if (IntervalPos == Interval->end()) {       // remove expired intervals.
 362       DEBUG(std::cerr << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n");
 363
 364       // Pop off the end of the list.
 365       inactive_[i] = inactive_.back();
 366       inactive_.pop_back();
 367       --i; --e;
 368     } else if (IntervalPos->start <= CurPoint) {
 369       // move re-activated intervals in active list
 370       DEBUG(std::cerr << "\t\tinterval " << *Interval << " active\n");
 371       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 372              "Can only allocate virtual registers!");
 373       reg = vrm_->getPhys(reg);
 374       prt_->addRegUse(reg);
 375       // add to active
 376       active_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
 377
 378       // Pop off the end of the list.
 379       inactive_[i] = inactive_.back();
 380       inactive_.pop_back();
 381       --i; --e;
 382     } else {
 383       // Otherwise, just update the iterator position.
 384       inactive_[i].second = IntervalPos;
 385     }
 386   }
 387 }
 388
 389 /// updateSpillWeights - updates the spill weights of the specifed physical
 390 /// register and its weight.
 391 static void updateSpillWeights(std::vector<float> &Weights,
 392                                unsigned reg, float weight,
 393                                const MRegisterInfo *MRI) {
 394   Weights[reg] += weight;
 395   for (const unsigned* as = MRI->getAliasSet(reg); *as; ++as)
 396     Weights[*as] += weight;
 397 }
 398
 399 static RA::IntervalPtrs::iterator FindIntervalInVector(RA::IntervalPtrs &IP,
 400                                                        LiveInterval *LI) {
 401   for (RA::IntervalPtrs::iterator I = IP.begin(), E = IP.end(); I != E; ++I)
 402     if (I->first == LI) return I;
 403   return IP.end();
 404 }
 405
 406 static void RevertVectorIteratorsTo(RA::IntervalPtrs &V, unsigned Point) {
 407   for (unsigned i = 0, e = V.size(); i != e; ++i) {
 408     RA::IntervalPtr &IP = V[i];
 409     LiveInterval::iterator I = std::upper_bound(IP.first->begin(),
 410                                                 IP.second, Point);
 411     if (I != IP.first->begin()) --I;
 412     IP.second = I;
 413   }
 414 }
 415
 416 /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one is available, or
 417 /// spill.
 418 void RA::assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur)
 419 {
 420   DEBUG(std::cerr << "\tallocating current interval: ");
 421
 422   PhysRegTracker backupPrt = *prt_;
 423
 424   std::vector<std::pair<unsigned, float> > SpillWeightsToAdd;
 425   unsigned StartPosition = cur->beginNumber();
 426   const TargetRegisterClass *RC = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(cur->reg);
 427   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
 428
 429   // for every interval in inactive we overlap with, mark the
 430   // register as not free and update spill weights.
 431   for (IntervalPtrs::const_iterator i = inactive_.begin(),
 432          e = inactive_.end(); i != e; ++i) {
 433     unsigned Reg = i->first->reg;
 434     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
 435            "Can only allocate virtual registers!");
 436     const TargetRegisterClass *RegRC = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(Reg);
 437     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating,
 438     // don't check it.
 439     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&
 440         cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1)) {
 441       Reg = vrm_->getPhys(Reg);
 442       prt_->addRegUse(Reg);
 443       SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(Reg, i->first->weight));
 444     }
 445   }
 446
 447   // Speculatively check to see if we can get a register right now.  If not,
 448   // we know we won't be able to by adding more constraints.  If so, we can
 449   // check to see if it is valid.  Doing an exhaustive search of the fixed_ list
 450   // is very bad (it contains all callee clobbered registers for any functions
 451   // with a call), so we want to avoid doing that if possible.
 452   unsigned physReg = getFreePhysReg(cur);
 453   if (physReg) {
 454     // We got a register.  However, if it's in the fixed_ list, we might
 455     // conflict with it.  Check to see if we conflict with it or any of its
 456     // aliases.
 457     std::set<unsigned> RegAliases;
 458     for (const unsigned *AS = mri_->getAliasSet(physReg); *AS; ++AS)
 459       RegAliases.insert(*AS);
 460
 461     bool ConflictsWithFixed = false;
 462     for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
 463       if (physReg == fixed_[i].first->reg ||
 464           RegAliases.count(fixed_[i].first->reg)) {
 465         // Okay, this reg is on the fixed list.  Check to see if we actually
 466         // conflict.
 467         IntervalPtr &IP = fixed_[i];
 468         LiveInterval *I = IP.first;
 469         if (I->endNumber() > StartPosition) {
 470           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
 471           IP.second = II;
 472           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
 473             --II;
 474           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
 475             ConflictsWithFixed = true;
 476             break;
 477           }
 478         }
 479       }
 480     }
 481
 482     // Okay, the register picked by our speculative getFreePhysReg call turned
 483     // out to be in use.  Actually add all of the conflicting fixed registers to
 484     // prt so we can do an accurate query.
 485     if (ConflictsWithFixed) {
 486       // For every interval in fixed we overlap with, mark the register as not
 487       // free and update spill weights.
 488       for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
 489         IntervalPtr &IP = fixed_[i];
 490         LiveInterval *I = IP.first;
 491
 492         const TargetRegisterClass *RegRC = OneClassForEachPhysReg[I->reg];
 493         if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&
 494             I->endNumber() > StartPosition) {
 495           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
 496           IP.second = II;
 497           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
 498             --II;
 499           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
 500             unsigned reg = I->reg;
 501             prt_->addRegUse(reg);
 502             SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(reg, I->weight));
 503           }
 504         }
 505       }
 506
 507       // Using the newly updated prt_ object, which includes conflicts in the
 508       // future, see if there are any registers available.
 509       physReg = getFreePhysReg(cur);
 510     }
 511   }
 512
 513   // Restore the physical register tracker, removing information about the
 514   // future.
 515   *prt_ = backupPrt;
 516
 517   // if we find a free register, we are done: assign this virtual to
 518   // the free physical register and add this interval to the active
 519   // list.
 520   if (physReg) {
 521     DEBUG(std::cerr <<  mri_->getName(physReg) << '\n');
 522     vrm_->assignVirt2Phys(cur->reg, physReg);
 523     prt_->addRegUse(physReg);
 524     active_.push_back(std::make_pair(cur, cur->begin()));
 525     handled_.push_back(cur);
 526     return;
 527   }
 528   DEBUG(std::cerr << "no free registers\n");
 529
 530   // Compile the spill weights into an array that is better for scanning.
 531   std::vector<float> SpillWeights(mri_->getNumRegs(), 0.0);
 532   for (std::vector<std::pair<unsigned, float> >::iterator
 533        I = SpillWeightsToAdd.begin(), E = SpillWeightsToAdd.end(); I != E; ++I)
 534     updateSpillWeights(SpillWeights, I->first, I->second, mri_);
 535
 536   // for each interval in active, update spill weights.
 537   for (IntervalPtrs::const_iterator i = active_.begin(), e = active_.end();
 538        i != e; ++i) {
 539     unsigned reg = i->first->reg;
 540     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 541            "Can only allocate virtual registers!");
 542     reg = vrm_->getPhys(reg);
 543     updateSpillWeights(SpillWeights, reg, i->first->weight, mri_);
 544   }
 545
 546   DEBUG(std::cerr << "\tassigning stack slot at interval "<< *cur << ":\n");
 547
 548   // Find a register to spill.
 549   float minWeight = float(HUGE_VAL);
 550   unsigned minReg = 0;
 551   for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
 552        e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
 553     unsigned reg = *i;
 554     if (minWeight > SpillWeights[reg]) {
 555       minWeight = SpillWeights[reg];
 556       minReg = reg;
 557     }
 558   }
 559
 560   // If we didn't find a register that is spillable, try aliases?
 561   if (!minReg) {
 562     for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
 563            e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
 564       unsigned reg = *i;
 565       // No need to worry about if the alias register size < regsize of RC.
 566       // We are going to spill all registers that alias it anyway.
 567       for (const unsigned* as = mri_->getAliasSet(reg); *as; ++as) {
 568         if (minWeight > SpillWeights[*as]) {
 569           minWeight = SpillWeights[*as];
 570           minReg = *as;
 571         }
 572       }
 573     }
 574
 575     // All registers must have inf weight. Just grab one!
 576     if (!minReg)
 577       minReg = *RC->allocation_order_begin(*mf_);
 578   }
 579
 580   DEBUG(std::cerr << "\t\tregister with min weight: "
 581         << mri_->getName(minReg) << " (" << minWeight << ")\n");
 582
 583   // if the current has the minimum weight, we need to spill it and
 584   // add any added intervals back to unhandled, and restart
 585   // linearscan.
 586   if (cur->weight != float(HUGE_VAL) && cur->weight <= minWeight) {
 587     DEBUG(std::cerr << "\t\t\tspilling(c): " << *cur << '\n';);
 588     int slot = vrm_->assignVirt2StackSlot(cur->reg);
 589     std::vector<LiveInterval*> added =
 590       li_->addIntervalsForSpills(*cur, *vrm_, slot);
 591     if (added.empty())
 592       return;  // Early exit if all spills were folded.
 593
 594     // Merge added with unhandled.  Note that we know that
 595     // addIntervalsForSpills returns intervals sorted by their starting
 596     // point.
 597     for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i)
 598       unhandled_.push(added[i]);
 599     return;
 600   }
 601
 602   ++NumBacktracks;
 603
 604   // push the current interval back to unhandled since we are going
 605   // to re-run at least this iteration. Since we didn't modify it it
 606   // should go back right in the front of the list
 607   unhandled_.push(cur);
 608
 609   // otherwise we spill all intervals aliasing the register with
 610   // minimum weight, rollback to the interval with the earliest
 611   // start point and let the linear scan algorithm run again
 612   std::vector<LiveInterval*> added;
 613   assert(MRegisterInfo::isPhysicalRegister(minReg) &&
 614          "did not choose a register to spill?");
 615   std::vector<bool> toSpill(mri_->getNumRegs(), false);
 616
 617   // We are going to spill minReg and all its aliases.
 618   toSpill[minReg] = true;
 619   for (const unsigned* as = mri_->getAliasSet(minReg); *as; ++as)
 620     toSpill[*as] = true;
 621
 622   // the earliest start of a spilled interval indicates up to where
 623   // in handled we need to roll back
 624   unsigned earliestStart = cur->beginNumber();
 625
 626   // set of spilled vregs (used later to rollback properly)
 627   std::set<unsigned> spilled;
 628
 629   // spill live intervals of virtual regs mapped to the physical register we
 630   // want to clear (and its aliases).  We only spill those that overlap with the
 631   // current interval as the rest do not affect its allocation. we also keep
 632   // track of the earliest start of all spilled live intervals since this will
 633   // mark our rollback point.
 634   for (IntervalPtrs::iterator i = active_.begin(); i != active_.end(); ++i) {
 635     unsigned reg = i->first->reg;
 636     if (//MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 637         toSpill[vrm_->getPhys(reg)] &&
 638         cur->overlapsFrom(*i->first, i->second)) {
 639       DEBUG(std::cerr << "\t\t\tspilling(a): " << *i->first << '\n');
 640       earliestStart = std::min(earliestStart, i->first->beginNumber());
 641       int slot = vrm_->assignVirt2StackSlot(i->first->reg);
 642       std::vector<LiveInterval*> newIs =
 643         li_->addIntervalsForSpills(*i->first, *vrm_, slot);
 644       std::copy(newIs.begin(), newIs.end(), std::back_inserter(added));
 645       spilled.insert(reg);
 646     }
 647   }
 648   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(); i != inactive_.end(); ++i){
 649     unsigned reg = i->first->reg;
 650     if (//MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 651         toSpill[vrm_->getPhys(reg)] &&
 652         cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1)) {
 653       DEBUG(std::cerr << "\t\t\tspilling(i): " << *i->first << '\n');
 654       earliestStart = std::min(earliestStart, i->first->beginNumber());
 655       int slot = vrm_->assignVirt2StackSlot(reg);
 656       std::vector<LiveInterval*> newIs =
 657         li_->addIntervalsForSpills(*i->first, *vrm_, slot);
 658       std::copy(newIs.begin(), newIs.end(), std::back_inserter(added));
 659       spilled.insert(reg);
 660     }
 661   }
 662
 663   DEBUG(std::cerr << "\t\trolling back to: " << earliestStart << '\n');
 664
 665   // Scan handled in reverse order up to the earliest start of a
 666   // spilled live interval and undo each one, restoring the state of
 667   // unhandled.
 668   while (!handled_.empty()) {
 669     LiveInterval* i = handled_.back();
 670     // If this interval starts before t we are done.
 671     if (i->beginNumber() < earliestStart)
 672       break;
 673     DEBUG(std::cerr << "\t\t\tundo changes for: " << *i << '\n');
 674     handled_.pop_back();
 675
 676     // When undoing a live interval allocation we must know if it is active or
 677     // inactive to properly update the PhysRegTracker and the VirtRegMap.
 678     IntervalPtrs::iterator it;
 679     if ((it = FindIntervalInVector(active_, i)) != active_.end()) {
 680       active_.erase(it);
 681       assert(!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
 682       if (!spilled.count(i->reg))
 683         unhandled_.push(i);
 684       prt_->delRegUse(vrm_->getPhys(i->reg));
 685       vrm_->clearVirt(i->reg);
 686     } else if ((it = FindIntervalInVector(inactive_, i)) != inactive_.end()) {
 687       inactive_.erase(it);
 688       assert(!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
 689       if (!spilled.count(i->reg))
 690         unhandled_.push(i);
 691       vrm_->clearVirt(i->reg);
 692     } else {
 693       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(i->reg) &&
 694              "Can only allocate virtual registers!");
 695       vrm_->clearVirt(i->reg);
 696       unhandled_.push(i);
 697     }
 698   }
 699
 700   // Rewind the iterators in the active, inactive, and fixed lists back to the
 701   // point we reverted to.
 702   RevertVectorIteratorsTo(active_, earliestStart);
 703   RevertVectorIteratorsTo(inactive_, earliestStart);
 704   RevertVectorIteratorsTo(fixed_, earliestStart);
 705
 706   // scan the rest and undo each interval that expired after t and
 707   // insert it in active (the next iteration of the algorithm will
 708   // put it in inactive if required)
 709   for (unsigned i = 0, e = handled_.size(); i != e; ++i) {
 710     LiveInterval *HI = handled_[i];
 711     if (!HI->expiredAt(earliestStart) &&
 712         HI->expiredAt(cur->beginNumber())) {
 713       DEBUG(std::cerr << "\t\t\tundo changes for: " << *HI << '\n');
 714       active_.push_back(std::make_pair(HI, HI->begin()));
 715       assert(!MRegisterInfo::isPhysicalRegister(HI->reg));
 716       prt_->addRegUse(vrm_->getPhys(HI->reg));
 717     }
 718   }
 719
 720   // merge added with unhandled
 721   for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i)
 722     unhandled_.push(added[i]);
 723 }
 724
 725 /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual register
 726 /// interval if we have one, otherwise return 0.
 727 unsigned RA::getFreePhysReg(LiveInterval *cur) {
 728   std::vector<unsigned> inactiveCounts(mri_->getNumRegs(), 0);
 729   unsigned MaxInactiveCount = 0;
 730
 731   const TargetRegisterClass *RC = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(cur->reg);
 732   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
 733
 734   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(), e = inactive_.end();
 735        i != e; ++i) {
 736     unsigned reg = i->first->reg;
 737     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
 738            "Can only allocate virtual registers!");
 739
 740     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating,
 741     // don't check it.
 742     const TargetRegisterClass *RegRC = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(reg);
 743     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader) {
 744       reg = vrm_->getPhys(reg);
 745       ++inactiveCounts[reg];
 746       MaxInactiveCount = std::max(MaxInactiveCount, inactiveCounts[reg]);
 747     }
 748   }
 749
 750   const TargetRegisterClass* rc = mf_->getSSARegMap()->getRegClass(cur->reg);
 751
 752   unsigned FreeReg = 0;
 753   unsigned FreeRegInactiveCount = 0;
 754
 755   // Scan for the first available register.
 756   TargetRegisterClass::iterator I = rc->allocation_order_begin(*mf_);
 757   TargetRegisterClass::iterator E = rc->allocation_order_end(*mf_);
 758   for (; I != E; ++I)
 759     if (prt_->isRegAvail(*I)) {
 760       FreeReg = *I;
 761       FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[FreeReg];
 762       break;
 763     }
 764
 765   // If there are no free regs, or if this reg has the max inactive count,
 766   // return this register.
 767   if (FreeReg == 0 || FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount) return FreeReg;
 768
 769   // Continue scanning the registers, looking for the one with the highest
 770   // inactive count.  Alkis found that this reduced register pressure very
 771   // slightly on X86 (in rev 1.94 of this file), though this should probably be
 772   // reevaluated now.
 773   for (; I != E; ++I) {
 774     unsigned Reg = *I;
 775     if (prt_->isRegAvail(Reg) && FreeRegInactiveCount < inactiveCounts[Reg]) {
 776       FreeReg = Reg;
 777       FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[Reg];
 778       if (FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount)
 779         break;    // We found the one with the max inactive count.
 780     }
 781   }
 782
 783   return FreeReg;
 784 }
 785
 786 FunctionPass* llvm::createLinearScanRegisterAllocator() {
 787   return new RA();
 788 }