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