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[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocLocal.cpp
1 //===-- RegAllocLocal.cpp - A BasicBlock generic 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 register allocator allocates registers to a basic block at a time,
11 // attempting to keep values in registers and reusing registers as appropriate.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
16 #include "llvm/BasicBlock.h"
17 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
18 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
19 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
20 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
22 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
23 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
24 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
25 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
26 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
27 #include "llvm/Support/Debug.h"
28 #include "llvm/Support/Compiler.h"
29 #include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
33 #include <algorithm>
34 using namespace llvm;
35
36 STATISTIC(NumStores, "Number of stores added");
37 STATISTIC(NumLoads , "Number of loads added");
38
39 namespace {
40   static RegisterRegAlloc
41     localRegAlloc("local", "  local register allocator",
42                   createLocalRegisterAllocator);
43
44
45   class VISIBILITY_HIDDEN RALocal : public MachineFunctionPass {
46   public:
47     static char ID;
48     RALocal() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
49   private:
50     const TargetMachine *TM;
51     MachineFunction *MF;
52     const TargetRegisterInfo *TRI;
53     const TargetInstrInfo *TII;
54
55     // StackSlotForVirtReg - Maps virtual regs to the frame index where these
56     // values are spilled.
57     std::map<unsigned, int> StackSlotForVirtReg;
58
59     // Virt2PhysRegMap - This map contains entries for each virtual register
60     // that is currently available in a physical register.
61     IndexedMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> Virt2PhysRegMap;
62
63     unsigned &getVirt2PhysRegMapSlot(unsigned VirtReg) {
64       return Virt2PhysRegMap[VirtReg];
65     }
66
67     // PhysRegsUsed - This array is effectively a map, containing entries for
68     // each physical register that currently has a value (ie, it is in
69     // Virt2PhysRegMap).  The value mapped to is the virtual register
70     // corresponding to the physical register (the inverse of the
71     // Virt2PhysRegMap), or 0.  The value is set to 0 if this register is pinned
72     // because it is used by a future instruction, and to -2 if it is not
73     // allocatable.  If the entry for a physical register is -1, then the
74     // physical register is "not in the map".
75     //
76     std::vector<int> PhysRegsUsed;
77
78     // PhysRegsUseOrder - This contains a list of the physical registers that
79     // currently have a virtual register value in them.  This list provides an
80     // ordering of registers, imposing a reallocation order.  This list is only
81     // used if all registers are allocated and we have to spill one, in which
82     // case we spill the least recently used register.  Entries at the front of
83     // the list are the least recently used registers, entries at the back are
84     // the most recently used.
85     //
86     std::vector<unsigned> PhysRegsUseOrder;
87
88     // Virt2LastUseMap - This maps each virtual register to its last use
89     // (MachineInstr*, operand index pair).
90     IndexedMap<std::pair<MachineInstr*, unsigned>, VirtReg2IndexFunctor>
91     Virt2LastUseMap;
92
93     std::pair<MachineInstr*,unsigned>& getVirtRegLastUse(unsigned Reg) {
94       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) && "Illegal VirtReg!");
95       return Virt2LastUseMap[Reg];
96     }
97
98     // VirtRegModified - This bitset contains information about which virtual
99     // registers need to be spilled back to memory when their registers are
100     // scavenged.  If a virtual register has simply been rematerialized, there
101     // is no reason to spill it to memory when we need the register back.
102     //
103     BitVector VirtRegModified;
104
105     void markVirtRegModified(unsigned Reg, bool Val = true) {
106       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) && "Illegal VirtReg!");
107       Reg -= TargetRegisterInfo::FirstVirtualRegister;
108       if (Val)
109         VirtRegModified.set(Reg);
110       else
111         VirtRegModified.reset(Reg);
112     }
113
114     bool isVirtRegModified(unsigned Reg) const {
115       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) && "Illegal VirtReg!");
116       assert(Reg - TargetRegisterInfo::FirstVirtualRegister < VirtRegModified.size()
117              && "Illegal virtual register!");
118       return VirtRegModified[Reg - TargetRegisterInfo::FirstVirtualRegister];
119     }
120
121     void AddToPhysRegsUseOrder(unsigned Reg) {
122       std::vector<unsigned>::iterator It =
123         std::find(PhysRegsUseOrder.begin(), PhysRegsUseOrder.end(), Reg);
124       if (It != PhysRegsUseOrder.end())
125         PhysRegsUseOrder.erase(It);
126       PhysRegsUseOrder.push_back(Reg);
127     }
128
129     void MarkPhysRegRecentlyUsed(unsigned Reg) {
130       if (PhysRegsUseOrder.empty() ||
131           PhysRegsUseOrder.back() == Reg) return;  // Already most recently used
132
133       for (unsigned i = PhysRegsUseOrder.size(); i != 0; --i)
134         if (areRegsEqual(Reg, PhysRegsUseOrder[i-1])) {
135           unsigned RegMatch = PhysRegsUseOrder[i-1];       // remove from middle
136           PhysRegsUseOrder.erase(PhysRegsUseOrder.begin()+i-1);
137           // Add it to the end of the list
138           PhysRegsUseOrder.push_back(RegMatch);
139           if (RegMatch == Reg)
140             return;    // Found an exact match, exit early
141         }
142     }
143
144   public:
145     virtual const char *getPassName() const {
146       return "Local Register Allocator";
147     }
148
149     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
150       AU.addRequired<LiveVariables>();
151       AU.addRequiredID(PHIEliminationID);
152       AU.addRequiredID(TwoAddressInstructionPassID);
153       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
154     }
155
156   private:
157     /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
158     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn);
159
160     /// AllocateBasicBlock - Register allocate the specified basic block.
161     void AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB);
162
163
164     /// areRegsEqual - This method returns true if the specified registers are
165     /// related to each other.  To do this, it checks to see if they are equal
166     /// or if the first register is in the alias set of the second register.
167     ///
168     bool areRegsEqual(unsigned R1, unsigned R2) const {
169       if (R1 == R2) return true;
170       for (const unsigned *AliasSet = TRI->getAliasSet(R2);
171            *AliasSet; ++AliasSet) {
172         if (*AliasSet == R1) return true;
173       }
174       return false;
175     }
176
177     /// getStackSpaceFor - This returns the frame index of the specified virtual
178     /// register on the stack, allocating space if necessary.
179     int getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC);
180
181     /// removePhysReg - This method marks the specified physical register as no
182     /// longer being in use.
183     ///
184     void removePhysReg(unsigned PhysReg);
185
186     /// spillVirtReg - This method spills the value specified by PhysReg into
187     /// the virtual register slot specified by VirtReg.  It then updates the RA
188     /// data structures to indicate the fact that PhysReg is now available.
189     ///
190     void spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator MI,
191                       unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
192
193     /// spillPhysReg - This method spills the specified physical register into
194     /// the virtual register slot associated with it.  If OnlyVirtRegs is set to
195     /// true, then the request is ignored if the physical register does not
196     /// contain a virtual register.
197     ///
198     void spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
199                       unsigned PhysReg, bool OnlyVirtRegs = false);
200
201     /// assignVirtToPhysReg - This method updates local state so that we know
202     /// that PhysReg is the proper container for VirtReg now.  The physical
203     /// register must not be used for anything else when this is called.
204     ///
205     void assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
206
207     /// isPhysRegAvailable - Return true if the specified physical register is
208     /// free and available for use.  This also includes checking to see if
209     /// aliased registers are all free...
210     ///
211     bool isPhysRegAvailable(unsigned PhysReg) const;
212
213     /// getFreeReg - Look to see if there is a free register available in the
214     /// specified register class.  If not, return 0.
215     ///
216     unsigned getFreeReg(const TargetRegisterClass *RC);
217
218     /// getReg - Find a physical register to hold the specified virtual
219     /// register.  If all compatible physical registers are used, this method
220     /// spills the last used virtual register to the stack, and uses that
221     /// register.
222     ///
223     unsigned getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
224                     unsigned VirtReg);
225
226     /// reloadVirtReg - This method transforms the specified specified virtual
227     /// register use to refer to a physical register.  This method may do this
228     /// in one of several ways: if the register is available in a physical
229     /// register already, it uses that physical register.  If the value is not
230     /// in a physical register, and if there are physical registers available,
231     /// it loads it into a register.  If register pressure is high, and it is
232     /// possible, it tries to fold the load of the virtual register into the
233     /// instruction itself.  It avoids doing this if register pressure is low to
234     /// improve the chance that subsequent instructions can use the reloaded
235     /// value.  This method returns the modified instruction.
236     ///
237     MachineInstr *reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
238                                 unsigned OpNum);
239
240
241     void reloadPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
242                        unsigned PhysReg);
243   };
244   char RALocal::ID = 0;
245 }
246
247 /// getStackSpaceFor - This allocates space for the specified virtual register
248 /// to be held on the stack.
249 int RALocal::getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC) {
250   // Find the location Reg would belong...
251   std::map<unsigned, int>::iterator I =StackSlotForVirtReg.lower_bound(VirtReg);
252
253   if (I != StackSlotForVirtReg.end() && I->first == VirtReg)
254     return I->second;          // Already has space allocated?
255
256   // Allocate a new stack object for this spill location...
257   int FrameIdx = MF->getFrameInfo()->CreateStackObject(RC->getSize(),
258                                                        RC->getAlignment());
259
260   // Assign the slot...
261   StackSlotForVirtReg.insert(I, std::make_pair(VirtReg, FrameIdx));
262   return FrameIdx;
263 }
264
265
266 /// removePhysReg - This method marks the specified physical register as no
267 /// longer being in use.
268 ///
269 void RALocal::removePhysReg(unsigned PhysReg) {
270   PhysRegsUsed[PhysReg] = -1;      // PhyReg no longer used
271
272   std::vector<unsigned>::iterator It =
273     std::find(PhysRegsUseOrder.begin(), PhysRegsUseOrder.end(), PhysReg);
274   if (It != PhysRegsUseOrder.end())
275     PhysRegsUseOrder.erase(It);
276 }
277
278
279 /// spillVirtReg - This method spills the value specified by PhysReg into the
280 /// virtual register slot specified by VirtReg.  It then updates the RA data
281 /// structures to indicate the fact that PhysReg is now available.
282 ///
283 void RALocal::spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB,
284                            MachineBasicBlock::iterator I,
285                            unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
286   assert(VirtReg && "Spilling a physical register is illegal!"
287          " Must not have appropriate kill for the register or use exists beyond"
288          " the intended one.");
289   DOUT << "  Spilling register " << TRI->getName(PhysReg)
290        << " containing %reg" << VirtReg;
291   
292   const TargetInstrInfo* TII = MBB.getParent()->getTarget().getInstrInfo();
293   
294   if (!isVirtRegModified(VirtReg)) {
295     DOUT << " which has not been modified, so no store necessary!";
296     std::pair<MachineInstr*, unsigned> &LastUse = getVirtRegLastUse(VirtReg);
297     if (LastUse.first)
298       LastUse.first->getOperand(LastUse.second).setIsKill();
299   } else {
300     // Otherwise, there is a virtual register corresponding to this physical
301     // register.  We only need to spill it into its stack slot if it has been
302     // modified.
303     const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
304     int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
305     DOUT << " to stack slot #" << FrameIndex;
306     // If the instruction reads the register that's spilled, (e.g. this can
307     // happen if it is a move to a physical register), then the spill
308     // instruction is not a kill.
309     bool isKill = !(I != MBB.end() &&
310                     I->findRegisterUseOperandIdx(PhysReg) != -1);
311     TII->storeRegToStackSlot(MBB, I, PhysReg, isKill, FrameIndex, RC);
312     ++NumStores;   // Update statistics
313   }
314
315   getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg) = 0;   // VirtReg no longer available
316
317   DOUT << "\n";
318   removePhysReg(PhysReg);
319 }
320
321
322 /// spillPhysReg - This method spills the specified physical register into the
323 /// virtual register slot associated with it.  If OnlyVirtRegs is set to true,
324 /// then the request is ignored if the physical register does not contain a
325 /// virtual register.
326 ///
327 void RALocal::spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
328                            unsigned PhysReg, bool OnlyVirtRegs) {
329   if (PhysRegsUsed[PhysReg] != -1) {            // Only spill it if it's used!
330     assert(PhysRegsUsed[PhysReg] != -2 && "Non allocable reg used!");
331     if (PhysRegsUsed[PhysReg] || !OnlyVirtRegs)
332       spillVirtReg(MBB, I, PhysRegsUsed[PhysReg], PhysReg);
333   } else {
334     // If the selected register aliases any other registers, we must make
335     // sure that one of the aliases isn't alive.
336     for (const unsigned *AliasSet = TRI->getAliasSet(PhysReg);
337          *AliasSet; ++AliasSet)
338       if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -1 &&     // Spill aliased register.
339           PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2)       // If allocatable.
340           if (PhysRegsUsed[*AliasSet])
341             spillVirtReg(MBB, I, PhysRegsUsed[*AliasSet], *AliasSet);
342   }
343 }
344
345
346 /// assignVirtToPhysReg - This method updates local state so that we know
347 /// that PhysReg is the proper container for VirtReg now.  The physical
348 /// register must not be used for anything else when this is called.
349 ///
350 void RALocal::assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
351   assert(PhysRegsUsed[PhysReg] == -1 && "Phys reg already assigned!");
352   // Update information to note the fact that this register was just used, and
353   // it holds VirtReg.
354   PhysRegsUsed[PhysReg] = VirtReg;
355   getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg) = PhysReg;
356   AddToPhysRegsUseOrder(PhysReg);   // New use of PhysReg
357 }
358
359
360 /// isPhysRegAvailable - Return true if the specified physical register is free
361 /// and available for use.  This also includes checking to see if aliased
362 /// registers are all free...
363 ///
364 bool RALocal::isPhysRegAvailable(unsigned PhysReg) const {
365   if (PhysRegsUsed[PhysReg] != -1) return false;
366
367   // If the selected register aliases any other allocated registers, it is
368   // not free!
369   for (const unsigned *AliasSet = TRI->getAliasSet(PhysReg);
370        *AliasSet; ++AliasSet)
371     if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -1) // Aliased register in use?
372       return false;                    // Can't use this reg then.
373   return true;
374 }
375
376
377 /// getFreeReg - Look to see if there is a free register available in the
378 /// specified register class.  If not, return 0.
379 ///
380 unsigned RALocal::getFreeReg(const TargetRegisterClass *RC) {
381   // Get iterators defining the range of registers that are valid to allocate in
382   // this class, which also specifies the preferred allocation order.
383   TargetRegisterClass::iterator RI = RC->allocation_order_begin(*MF);
384   TargetRegisterClass::iterator RE = RC->allocation_order_end(*MF);
385
386   for (; RI != RE; ++RI)
387     if (isPhysRegAvailable(*RI)) {       // Is reg unused?
388       assert(*RI != 0 && "Cannot use register!");
389       return *RI; // Found an unused register!
390     }
391   return 0;
392 }
393
394
395 /// getReg - Find a physical register to hold the specified virtual
396 /// register.  If all compatible physical registers are used, this method spills
397 /// the last used virtual register to the stack, and uses that register.
398 ///
399 unsigned RALocal::getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
400                          unsigned VirtReg) {
401   const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
402
403   // First check to see if we have a free register of the requested type...
404   unsigned PhysReg = getFreeReg(RC);
405
406   // If we didn't find an unused register, scavenge one now!
407   if (PhysReg == 0) {
408     assert(!PhysRegsUseOrder.empty() && "No allocated registers??");
409
410     // Loop over all of the preallocated registers from the least recently used
411     // to the most recently used.  When we find one that is capable of holding
412     // our register, use it.
413     for (unsigned i = 0; PhysReg == 0; ++i) {
414       assert(i != PhysRegsUseOrder.size() &&
415              "Couldn't find a register of the appropriate class!");
416
417       unsigned R = PhysRegsUseOrder[i];
418
419       // We can only use this register if it holds a virtual register (ie, it
420       // can be spilled).  Do not use it if it is an explicitly allocated
421       // physical register!
422       assert(PhysRegsUsed[R] != -1 &&
423              "PhysReg in PhysRegsUseOrder, but is not allocated?");
424       if (PhysRegsUsed[R] && PhysRegsUsed[R] != -2) {
425         // If the current register is compatible, use it.
426         if (RC->contains(R)) {
427           PhysReg = R;
428           break;
429         } else {
430           // If one of the registers aliased to the current register is
431           // compatible, use it.
432           for (const unsigned *AliasIt = TRI->getAliasSet(R);
433                *AliasIt; ++AliasIt) {
434             if (RC->contains(*AliasIt) &&
435                 // If this is pinned down for some reason, don't use it.  For
436                 // example, if CL is pinned, and we run across CH, don't use
437                 // CH as justification for using scavenging ECX (which will
438                 // fail).
439                 PhysRegsUsed[*AliasIt] != 0 &&
440                 
441                 // Make sure the register is allocatable.  Don't allocate SIL on
442                 // x86-32.
443                 PhysRegsUsed[*AliasIt] != -2) {
444               PhysReg = *AliasIt;    // Take an aliased register
445               break;
446             }
447           }
448         }
449       }
450     }
451
452     assert(PhysReg && "Physical register not assigned!?!?");
453
454     // At this point PhysRegsUseOrder[i] is the least recently used register of
455     // compatible register class.  Spill it to memory and reap its remains.
456     spillPhysReg(MBB, I, PhysReg);
457   }
458
459   // Now that we know which register we need to assign this to, do it now!
460   assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
461   return PhysReg;
462 }
463
464
465 /// reloadVirtReg - This method transforms the specified specified virtual
466 /// register use to refer to a physical register.  This method may do this in
467 /// one of several ways: if the register is available in a physical register
468 /// already, it uses that physical register.  If the value is not in a physical
469 /// register, and if there are physical registers available, it loads it into a
470 /// register.  If register pressure is high, and it is possible, it tries to
471 /// fold the load of the virtual register into the instruction itself.  It
472 /// avoids doing this if register pressure is low to improve the chance that
473 /// subsequent instructions can use the reloaded value.  This method returns the
474 /// modified instruction.
475 ///
476 MachineInstr *RALocal::reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
477                                      unsigned OpNum) {
478   unsigned VirtReg = MI->getOperand(OpNum).getReg();
479
480   // If the virtual register is already available, just update the instruction
481   // and return.
482   if (unsigned PR = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg)) {
483     MarkPhysRegRecentlyUsed(PR);          // Already have this value available!
484     MI->getOperand(OpNum).setReg(PR);  // Assign the input register
485     return MI;
486   }
487
488   // Otherwise, we need to fold it into the current instruction, or reload it.
489   // If we have registers available to hold the value, use them.
490   const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
491   unsigned PhysReg = getFreeReg(RC);
492   int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
493
494   if (PhysReg) {   // Register is available, allocate it!
495     assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
496   } else {         // No registers available.
497     // Force some poor hapless value out of the register file to
498     // make room for the new register, and reload it.
499     PhysReg = getReg(MBB, MI, VirtReg);
500   }
501
502   markVirtRegModified(VirtReg, false);   // Note that this reg was just reloaded
503
504   DOUT << "  Reloading %reg" << VirtReg << " into "
505        << TRI->getName(PhysReg) << "\n";
506
507   // Add move instruction(s)
508   const TargetInstrInfo* TII = MBB.getParent()->getTarget().getInstrInfo();
509   TII->loadRegFromStackSlot(MBB, MI, PhysReg, FrameIndex, RC);
510   ++NumLoads;    // Update statistics
511
512   MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(PhysReg);
513   MI->getOperand(OpNum).setReg(PhysReg);  // Assign the input register
514   getVirtRegLastUse(VirtReg) = std::make_pair(MI, OpNum);
515   return MI;
516 }
517
518 /// isReadModWriteImplicitKill - True if this is an implicit kill for a
519 /// read/mod/write register, i.e. update partial register.
520 static bool isReadModWriteImplicitKill(MachineInstr *MI, unsigned Reg) {
521   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
522     MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
523     if (MO.isRegister() && MO.getReg() == Reg && MO.isImplicit() &&
524         MO.isDef() && !MO.isDead())
525       return true;
526   }
527   return false;
528 }
529
530 /// isReadModWriteImplicitDef - True if this is an implicit def for a
531 /// read/mod/write register, i.e. update partial register.
532 static bool isReadModWriteImplicitDef(MachineInstr *MI, unsigned Reg) {
533   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
534     MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
535     if (MO.isRegister() && MO.getReg() == Reg && MO.isImplicit() &&
536         !MO.isDef() && MO.isKill())
537       return true;
538   }
539   return false;
540 }
541
542 void RALocal::AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
543   // loop over each instruction
544   MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin();
545   const TargetInstrInfo &TII = *TM->getInstrInfo();
546   
547   DEBUG(const BasicBlock *LBB = MBB.getBasicBlock();
548         if (LBB) DOUT << "\nStarting RegAlloc of BB: " << LBB->getName());
549
550   // If this is the first basic block in the machine function, add live-in
551   // registers as active.
552   if (&MBB == &*MF->begin()) {
553     for (MachineRegisterInfo::livein_iterator I=MF->getRegInfo().livein_begin(),
554          E = MF->getRegInfo().livein_end(); I != E; ++I) {
555       unsigned Reg = I->first;
556       MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(Reg);
557       PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
558       AddToPhysRegsUseOrder(Reg); 
559       for (const unsigned *AliasSet = TRI->getSubRegisters(Reg);
560            *AliasSet; ++AliasSet) {
561         if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
562           AddToPhysRegsUseOrder(*AliasSet); 
563           PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
564           MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(*AliasSet);
565         }
566       }
567     }    
568   }
569   
570   // Otherwise, sequentially allocate each instruction in the MBB.
571   while (MII != MBB.end()) {
572     MachineInstr *MI = MII++;
573     const TargetInstrDesc &TID = MI->getDesc();
574     DEBUG(DOUT << "\nStarting RegAlloc of: " << *MI;
575           DOUT << "  Regs have values: ";
576           for (unsigned i = 0; i != TRI->getNumRegs(); ++i)
577             if (PhysRegsUsed[i] != -1 && PhysRegsUsed[i] != -2)
578                DOUT << "[" << TRI->getName(i)
579                     << ",%reg" << PhysRegsUsed[i] << "] ";
580           DOUT << "\n");
581
582     // Loop over the implicit uses, making sure that they are at the head of the
583     // use order list, so they don't get reallocated.
584     if (TID.ImplicitUses) {
585       for (const unsigned *ImplicitUses = TID.ImplicitUses;
586            *ImplicitUses; ++ImplicitUses)
587         MarkPhysRegRecentlyUsed(*ImplicitUses);
588     }
589
590     SmallVector<unsigned, 8> Kills;
591     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
592       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
593       if (MO.isRegister() && MO.isKill()) {
594         if (!MO.isImplicit())
595           Kills.push_back(MO.getReg());
596         else if (!isReadModWriteImplicitKill(MI, MO.getReg()))
597           // These are extra physical register kills when a sub-register
598           // is defined (def of a sub-register is a read/mod/write of the
599           // larger registers). Ignore.
600           Kills.push_back(MO.getReg());
601       }
602     }
603
604     // Get the used operands into registers.  This has the potential to spill
605     // incoming values if we are out of registers.  Note that we completely
606     // ignore physical register uses here.  We assume that if an explicit
607     // physical register is referenced by the instruction, that it is guaranteed
608     // to be live-in, or the input is badly hosed.
609     //
610     for (unsigned i = 0; i != MI->getNumOperands(); ++i) {
611       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
612       // here we are looking for only used operands (never def&use)
613       if (MO.isRegister() && !MO.isDef() && MO.getReg() && !MO.isImplicit() &&
614           TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg()))
615         MI = reloadVirtReg(MBB, MI, i);
616     }
617
618     // If this instruction is the last user of this register, kill the
619     // value, freeing the register being used, so it doesn't need to be
620     // spilled to memory.
621     //
622     for (unsigned i = 0, e = Kills.size(); i != e; ++i) {
623       unsigned VirtReg = Kills[i];
624       unsigned PhysReg = VirtReg;
625       if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
626         // If the virtual register was never materialized into a register, it
627         // might not be in the map, but it won't hurt to zero it out anyway.
628         unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
629         PhysReg = PhysRegSlot;
630         PhysRegSlot = 0;
631       } else if (PhysRegsUsed[PhysReg] == -2) {
632         // Unallocatable register dead, ignore.
633         continue;
634       } else {
635         assert((!PhysRegsUsed[PhysReg] || PhysRegsUsed[PhysReg] == -1) &&
636                "Silently clearing a virtual register?");
637       }
638
639       if (PhysReg) {
640         DOUT << "  Last use of " << TRI->getName(PhysReg)
641              << "[%reg" << VirtReg <<"], removing it from live set\n";
642         removePhysReg(PhysReg);
643         for (const unsigned *AliasSet = TRI->getSubRegisters(PhysReg);
644              *AliasSet; ++AliasSet) {
645           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
646             DOUT  << "  Last use of "
647                   << TRI->getName(*AliasSet)
648                   << "[%reg" << VirtReg <<"], removing it from live set\n";
649             removePhysReg(*AliasSet);
650           }
651         }
652       }
653     }
654
655     // Loop over all of the operands of the instruction, spilling registers that
656     // are defined, and marking explicit destinations in the PhysRegsUsed map.
657     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
658       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
659       if (MO.isRegister() && MO.isDef() && !MO.isImplicit() && MO.getReg() &&
660           TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg())) {
661         unsigned Reg = MO.getReg();
662         if (PhysRegsUsed[Reg] == -2) continue;  // Something like ESP.
663         // These are extra physical register defs when a sub-register
664         // is defined (def of a sub-register is a read/mod/write of the
665         // larger registers). Ignore.
666         if (isReadModWriteImplicitDef(MI, MO.getReg())) continue;
667
668         MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(Reg);
669         spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true); // Spill any existing value in reg
670         PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
671         AddToPhysRegsUseOrder(Reg); 
672
673         for (const unsigned *AliasSet = TRI->getSubRegisters(Reg);
674              *AliasSet; ++AliasSet) {
675           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
676             MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(*AliasSet);
677             PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
678             AddToPhysRegsUseOrder(*AliasSet); 
679           }
680         }
681       }
682     }
683
684     // Loop over the implicit defs, spilling them as well.
685     if (TID.ImplicitDefs) {
686       for (const unsigned *ImplicitDefs = TID.ImplicitDefs;
687            *ImplicitDefs; ++ImplicitDefs) {
688         unsigned Reg = *ImplicitDefs;
689         if (PhysRegsUsed[Reg] != -2) {
690           spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true);
691           AddToPhysRegsUseOrder(Reg); 
692           PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
693         }
694         MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(Reg);
695         for (const unsigned *AliasSet = TRI->getSubRegisters(Reg);
696              *AliasSet; ++AliasSet) {
697           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
698             AddToPhysRegsUseOrder(*AliasSet); 
699             PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
700             MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(*AliasSet);
701           }
702         }
703       }
704     }
705
706     SmallVector<unsigned, 8> DeadDefs;
707     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
708       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
709       if (MO.isRegister() && MO.isDead())
710         DeadDefs.push_back(MO.getReg());
711     }
712
713     // Okay, we have allocated all of the source operands and spilled any values
714     // that would be destroyed by defs of this instruction.  Loop over the
715     // explicit defs and assign them to a register, spilling incoming values if
716     // we need to scavenge a register.
717     //
718     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
719       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
720       if (MO.isRegister() && MO.isDef() && MO.getReg() &&
721           TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
722         unsigned DestVirtReg = MO.getReg();
723         unsigned DestPhysReg;
724
725         // If DestVirtReg already has a value, use it.
726         if (!(DestPhysReg = getVirt2PhysRegMapSlot(DestVirtReg)))
727           DestPhysReg = getReg(MBB, MI, DestVirtReg);
728         MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(DestPhysReg);
729         markVirtRegModified(DestVirtReg);
730         getVirtRegLastUse(DestVirtReg) = std::make_pair((MachineInstr*)0, 0);
731         MI->getOperand(i).setReg(DestPhysReg);  // Assign the output register
732       }
733     }
734
735     // If this instruction defines any registers that are immediately dead,
736     // kill them now.
737     //
738     for (unsigned i = 0, e = DeadDefs.size(); i != e; ++i) {
739       unsigned VirtReg = DeadDefs[i];
740       unsigned PhysReg = VirtReg;
741       if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
742         unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
743         PhysReg = PhysRegSlot;
744         assert(PhysReg != 0);
745         PhysRegSlot = 0;
746       } else if (PhysRegsUsed[PhysReg] == -2) {
747         // Unallocatable register dead, ignore.
748         continue;
749       }
750
751       if (PhysReg) {
752         DOUT  << "  Register " << TRI->getName(PhysReg)
753               << " [%reg" << VirtReg
754               << "] is never used, removing it frame live list\n";
755         removePhysReg(PhysReg);
756         for (const unsigned *AliasSet = TRI->getAliasSet(PhysReg);
757              *AliasSet; ++AliasSet) {
758           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
759             DOUT  << "  Register " << TRI->getName(*AliasSet)
760                   << " [%reg" << *AliasSet
761                   << "] is never used, removing it frame live list\n";
762             removePhysReg(*AliasSet);
763           }
764         }
765       }
766     }
767     
768     // Finally, if this is a noop copy instruction, zap it.
769     unsigned SrcReg, DstReg;
770     if (TII.isMoveInstr(*MI, SrcReg, DstReg) && SrcReg == DstReg)
771       MBB.erase(MI);
772   }
773
774   MachineBasicBlock::iterator MI = MBB.getFirstTerminator();
775
776   // Spill all physical registers holding virtual registers now.
777   for (unsigned i = 0, e = TRI->getNumRegs(); i != e; ++i)
778     if (PhysRegsUsed[i] != -1 && PhysRegsUsed[i] != -2) {
779       if (unsigned VirtReg = PhysRegsUsed[i])
780         spillVirtReg(MBB, MI, VirtReg, i);
781       else
782         removePhysReg(i);
783     }
784
785 #if 0
786   // This checking code is very expensive.
787   bool AllOk = true;
788   for (unsigned i = TargetRegisterInfo::FirstVirtualRegister,
789            e = MF->getRegInfo().getLastVirtReg(); i <= e; ++i)
790     if (unsigned PR = Virt2PhysRegMap[i]) {
791       cerr << "Register still mapped: " << i << " -> " << PR << "\n";
792       AllOk = false;
793     }
794   assert(AllOk && "Virtual registers still in phys regs?");
795 #endif
796
797   // Clear any physical register which appear live at the end of the basic
798   // block, but which do not hold any virtual registers.  e.g., the stack
799   // pointer.
800   PhysRegsUseOrder.clear();
801 }
802
803
804 /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
805 ///
806 bool RALocal::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
807   DOUT << "Machine Function " << "\n";
808   MF = &Fn;
809   TM = &Fn.getTarget();
810   TRI = TM->getRegisterInfo();
811   TII = TM->getInstrInfo();
812
813   PhysRegsUsed.assign(TRI->getNumRegs(), -1);
814   
815   // At various places we want to efficiently check to see whether a register
816   // is allocatable.  To handle this, we mark all unallocatable registers as
817   // being pinned down, permanently.
818   {
819     BitVector Allocable = TRI->getAllocatableSet(Fn);
820     for (unsigned i = 0, e = Allocable.size(); i != e; ++i)
821       if (!Allocable[i])
822         PhysRegsUsed[i] = -2;  // Mark the reg unallocable.
823   }
824
825   // initialize the virtual->physical register map to have a 'null'
826   // mapping for all virtual registers
827   unsigned LastVirtReg = MF->getRegInfo().getLastVirtReg();
828   Virt2PhysRegMap.grow(LastVirtReg);
829   Virt2LastUseMap.grow(LastVirtReg);
830   VirtRegModified.resize(LastVirtReg+1-TargetRegisterInfo::FirstVirtualRegister);
831
832   // Loop over all of the basic blocks, eliminating virtual register references
833   for (MachineFunction::iterator MBB = Fn.begin(), MBBe = Fn.end();
834        MBB != MBBe; ++MBB)
835     AllocateBasicBlock(*MBB);
836
837   StackSlotForVirtReg.clear();
838   PhysRegsUsed.clear();
839   VirtRegModified.clear();
840   Virt2PhysRegMap.clear();
841   Virt2LastUseMap.clear();
842   return true;
843 }
844
845 FunctionPass *llvm::createLocalRegisterAllocator() {
846   return new RALocal();
847 }