Thinking about it, we don't need MachineDominatorTree after all. The DomValue
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / SplitKit.cpp
1 //===---------- SplitKit.cpp - Toolkit for splitting live ranges ----------===//
2 //
3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
4 //
5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
6 // License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file contains the SplitAnalysis class as well as mutator functions for
11 // live range splitting.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "splitter"
16 #include "SplitKit.h"
17 #include "VirtRegMap.h"
18 #include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
19 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
20 #include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
23 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
24 #include "llvm/Support/Debug.h"
25 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
26 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
27 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
28
29 using namespace llvm;
30
31 static cl::opt<bool>
32 AllowSplit("spiller-splits-edges",
33            cl::desc("Allow critical edge splitting during spilling"));
34
35 //===----------------------------------------------------------------------===//
36 //                                 Split Analysis
37 //===----------------------------------------------------------------------===//
38
39 SplitAnalysis::SplitAnalysis(const MachineFunction &mf,
40                              const LiveIntervals &lis,
41                              const MachineLoopInfo &mli)
42   : mf_(mf),
43     lis_(lis),
44     loops_(mli),
45     tii_(*mf.getTarget().getInstrInfo()),
46     curli_(0) {}
47
48 void SplitAnalysis::clear() {
49   usingInstrs_.clear();
50   usingBlocks_.clear();
51   usingLoops_.clear();
52   curli_ = 0;
53 }
54
55 bool SplitAnalysis::canAnalyzeBranch(const MachineBasicBlock *MBB) {
56   MachineBasicBlock *T, *F;
57   SmallVector<MachineOperand, 4> Cond;
58   return !tii_.AnalyzeBranch(const_cast<MachineBasicBlock&>(*MBB), T, F, Cond);
59 }
60
61 /// analyzeUses - Count instructions, basic blocks, and loops using curli.
62 void SplitAnalysis::analyzeUses() {
63   const MachineRegisterInfo &MRI = mf_.getRegInfo();
64   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = MRI.reg_begin(curli_->reg);
65        MachineInstr *MI = I.skipInstruction();) {
66     if (MI->isDebugValue() || !usingInstrs_.insert(MI))
67       continue;
68     MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
69     if (usingBlocks_[MBB]++)
70       continue;
71     if (MachineLoop *Loop = loops_.getLoopFor(MBB))
72       usingLoops_[Loop]++;
73   }
74   DEBUG(dbgs() << "  counted "
75                << usingInstrs_.size() << " instrs, "
76                << usingBlocks_.size() << " blocks, "
77                << usingLoops_.size()  << " loops.\n");
78 }
79
80 /// removeUse - Update statistics by noting that MI no longer uses curli.
81 void SplitAnalysis::removeUse(const MachineInstr *MI) {
82   if (!usingInstrs_.erase(MI))
83     return;
84
85   // Decrement MBB count.
86   const MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
87   BlockCountMap::iterator bi = usingBlocks_.find(MBB);
88   assert(bi != usingBlocks_.end() && "MBB missing");
89   assert(bi->second && "0 count in map");
90   if (--bi->second)
91     return;
92   // No more uses in MBB.
93   usingBlocks_.erase(bi);
94
95   // Decrement loop count.
96   MachineLoop *Loop = loops_.getLoopFor(MBB);
97   if (!Loop)
98     return;
99   LoopCountMap::iterator li = usingLoops_.find(Loop);
100   assert(li != usingLoops_.end() && "Loop missing");
101   assert(li->second && "0 count in map");
102   if (--li->second)
103     return;
104   // No more blocks in Loop.
105   usingLoops_.erase(li);
106 }
107
108 // Get three sets of basic blocks surrounding a loop: Blocks inside the loop,
109 // predecessor blocks, and exit blocks.
110 void SplitAnalysis::getLoopBlocks(const MachineLoop *Loop, LoopBlocks &Blocks) {
111   Blocks.clear();
112
113   // Blocks in the loop.
114   Blocks.Loop.insert(Loop->block_begin(), Loop->block_end());
115
116   // Predecessor blocks.
117   const MachineBasicBlock *Header = Loop->getHeader();
118   for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator I = Header->pred_begin(),
119        E = Header->pred_end(); I != E; ++I)
120     if (!Blocks.Loop.count(*I))
121       Blocks.Preds.insert(*I);
122
123   // Exit blocks.
124   for (MachineLoop::block_iterator I = Loop->block_begin(),
125        E = Loop->block_end(); I != E; ++I) {
126     const MachineBasicBlock *MBB = *I;
127     for (MachineBasicBlock::const_succ_iterator SI = MBB->succ_begin(),
128        SE = MBB->succ_end(); SI != SE; ++SI)
129       if (!Blocks.Loop.count(*SI))
130         Blocks.Exits.insert(*SI);
131   }
132 }
133
134 /// analyzeLoopPeripheralUse - Return an enum describing how curli_ is used in
135 /// and around the Loop.
136 SplitAnalysis::LoopPeripheralUse SplitAnalysis::
137 analyzeLoopPeripheralUse(const SplitAnalysis::LoopBlocks &Blocks) {
138   LoopPeripheralUse use = ContainedInLoop;
139   for (BlockCountMap::iterator I = usingBlocks_.begin(), E = usingBlocks_.end();
140        I != E; ++I) {
141     const MachineBasicBlock *MBB = I->first;
142     // Is this a peripheral block?
143     if (use < MultiPeripheral &&
144         (Blocks.Preds.count(MBB) || Blocks.Exits.count(MBB))) {
145       if (I->second > 1) use = MultiPeripheral;
146       else               use = SinglePeripheral;
147       continue;
148     }
149     // Is it a loop block?
150     if (Blocks.Loop.count(MBB))
151       continue;
152     // It must be an unrelated block.
153     return OutsideLoop;
154   }
155   return use;
156 }
157
158 /// getCriticalExits - It may be necessary to partially break critical edges
159 /// leaving the loop if an exit block has phi uses of curli. Collect the exit
160 /// blocks that need special treatment into CriticalExits.
161 void SplitAnalysis::getCriticalExits(const SplitAnalysis::LoopBlocks &Blocks,
162                                      BlockPtrSet &CriticalExits) {
163   CriticalExits.clear();
164
165   // A critical exit block contains a phi def of curli, and has a predecessor
166   // that is not in the loop nor a loop predecessor.
167   // For such an exit block, the edges carrying the new variable must be moved
168   // to a new pre-exit block.
169   for (BlockPtrSet::iterator I = Blocks.Exits.begin(), E = Blocks.Exits.end();
170        I != E; ++I) {
171     const MachineBasicBlock *Succ = *I;
172     SlotIndex SuccIdx = lis_.getMBBStartIdx(Succ);
173     VNInfo *SuccVNI = curli_->getVNInfoAt(SuccIdx);
174     // This exit may not have curli live in at all. No need to split.
175     if (!SuccVNI)
176       continue;
177     // If this is not a PHI def, it is either using a value from before the
178     // loop, or a value defined inside the loop. Both are safe.
179     if (!SuccVNI->isPHIDef() || SuccVNI->def.getBaseIndex() != SuccIdx)
180       continue;
181     // This exit block does have a PHI. Does it also have a predecessor that is
182     // not a loop block or loop predecessor?
183     for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator PI = Succ->pred_begin(),
184          PE = Succ->pred_end(); PI != PE; ++PI) {
185       const MachineBasicBlock *Pred = *PI;
186       if (Blocks.Loop.count(Pred) || Blocks.Preds.count(Pred))
187         continue;
188       // This is a critical exit block, and we need to split the exit edge.
189       CriticalExits.insert(Succ);
190       break;
191     }
192   }
193 }
194
195 /// canSplitCriticalExits - Return true if it is possible to insert new exit
196 /// blocks before the blocks in CriticalExits.
197 bool
198 SplitAnalysis::canSplitCriticalExits(const SplitAnalysis::LoopBlocks &Blocks,
199                                      BlockPtrSet &CriticalExits) {
200   // If we don't allow critical edge splitting, require no critical exits.
201   if (!AllowSplit)
202     return CriticalExits.empty();
203
204   for (BlockPtrSet::iterator I = CriticalExits.begin(), E = CriticalExits.end();
205        I != E; ++I) {
206     const MachineBasicBlock *Succ = *I;
207     // We want to insert a new pre-exit MBB before Succ, and change all the
208     // in-loop blocks to branch to the pre-exit instead of Succ.
209     // Check that all the in-loop predecessors can be changed.
210     for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator PI = Succ->pred_begin(),
211          PE = Succ->pred_end(); PI != PE; ++PI) {
212       const MachineBasicBlock *Pred = *PI;
213       // The external predecessors won't be altered.
214       if (!Blocks.Loop.count(Pred) && !Blocks.Preds.count(Pred))
215         continue;
216       if (!canAnalyzeBranch(Pred))
217         return false;
218     }
219
220     // If Succ's layout predecessor falls through, that too must be analyzable.
221     // We need to insert the pre-exit block in the gap.
222     MachineFunction::const_iterator MFI = Succ;
223     if (MFI == mf_.begin())
224       continue;
225     if (!canAnalyzeBranch(--MFI))
226       return false;
227   }
228   // No problems found.
229   return true;
230 }
231
232 void SplitAnalysis::analyze(const LiveInterval *li) {
233   clear();
234   curli_ = li;
235   analyzeUses();
236 }
237
238 const MachineLoop *SplitAnalysis::getBestSplitLoop() {
239   assert(curli_ && "Call analyze() before getBestSplitLoop");
240   if (usingLoops_.empty())
241     return 0;
242
243   LoopPtrSet Loops, SecondLoops;
244   LoopBlocks Blocks;
245   BlockPtrSet CriticalExits;
246
247   // Find first-class and second class candidate loops.
248   // We prefer to split around loops where curli is used outside the periphery.
249   for (LoopCountMap::const_iterator I = usingLoops_.begin(),
250        E = usingLoops_.end(); I != E; ++I) {
251     const MachineLoop *Loop = I->first;
252     getLoopBlocks(Loop, Blocks);
253
254     // FIXME: We need an SSA updater to properly handle multiple exit blocks.
255     if (Blocks.Exits.size() > 1) {
256       DEBUG(dbgs() << "  multiple exits from " << *Loop);
257       continue;
258     }
259
260     LoopPtrSet *LPS = 0;
261     switch(analyzeLoopPeripheralUse(Blocks)) {
262     case OutsideLoop:
263       LPS = &Loops;
264       break;
265     case MultiPeripheral:
266       LPS = &SecondLoops;
267       break;
268     case ContainedInLoop:
269       DEBUG(dbgs() << "  contained in " << *Loop);
270       continue;
271     case SinglePeripheral:
272       DEBUG(dbgs() << "  single peripheral use in " << *Loop);
273       continue;
274     }
275     // Will it be possible to split around this loop?
276     getCriticalExits(Blocks, CriticalExits);
277     DEBUG(dbgs() << "  " << CriticalExits.size() << " critical exits from "
278                  << *Loop);
279     if (!canSplitCriticalExits(Blocks, CriticalExits))
280       continue;
281     // This is a possible split.
282     assert(LPS);
283     LPS->insert(Loop);
284   }
285
286   DEBUG(dbgs() << "  getBestSplitLoop found " << Loops.size() << " + "
287                << SecondLoops.size() << " candidate loops.\n");
288
289   // If there are no first class loops available, look at second class loops.
290   if (Loops.empty())
291     Loops = SecondLoops;
292
293   if (Loops.empty())
294     return 0;
295
296   // Pick the earliest loop.
297   // FIXME: Are there other heuristics to consider?
298   const MachineLoop *Best = 0;
299   SlotIndex BestIdx;
300   for (LoopPtrSet::const_iterator I = Loops.begin(), E = Loops.end(); I != E;
301        ++I) {
302     SlotIndex Idx = lis_.getMBBStartIdx((*I)->getHeader());
303     if (!Best || Idx < BestIdx)
304       Best = *I, BestIdx = Idx;
305   }
306   DEBUG(dbgs() << "  getBestSplitLoop found " << *Best);
307   return Best;
308 }
309
310 /// getMultiUseBlocks - if curli has more than one use in a basic block, it
311 /// may be an advantage to split curli for the duration of the block.
312 bool SplitAnalysis::getMultiUseBlocks(BlockPtrSet &Blocks) {
313   // If curli is local to one block, there is no point to splitting it.
314   if (usingBlocks_.size() <= 1)
315     return false;
316   // Add blocks with multiple uses.
317   for (BlockCountMap::iterator I = usingBlocks_.begin(), E = usingBlocks_.end();
318        I != E; ++I)
319     switch (I->second) {
320     case 0:
321     case 1:
322       continue;
323     case 2: {
324       // It doesn't pay to split a 2-instr block if it redefines curli.
325       VNInfo *VN1 = curli_->getVNInfoAt(lis_.getMBBStartIdx(I->first));
326       VNInfo *VN2 =
327         curli_->getVNInfoAt(lis_.getMBBEndIdx(I->first).getPrevIndex());
328       // live-in and live-out with a different value.
329       if (VN1 && VN2 && VN1 != VN2)
330         continue;
331     } // Fall through.
332     default:
333       Blocks.insert(I->first);
334     }
335   return !Blocks.empty();
336 }
337
338 //===----------------------------------------------------------------------===//
339 //                               LiveIntervalMap
340 //===----------------------------------------------------------------------===//
341
342 // defValue - Introduce a li_ def for ParentVNI that could be later than
343 // ParentVNI->def.
344 VNInfo *LiveIntervalMap::defValue(const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx) {
345   assert(ParentVNI && "Mapping  NULL value");
346   assert(Idx.isValid() && "Invalid SlotIndex");
347   assert(parentli_.getVNInfoAt(Idx) == ParentVNI && "Bad ParentVNI");
348
349   // Is this a simple 1-1 mapping? Not likely.
350   if (Idx == ParentVNI->def)
351     return mapValue(ParentVNI, Idx);
352
353   // This is a complex def. Mark with a NULL in valueMap.
354   VNInfo *OldVNI =
355     valueMap_.insert(ValueMap::value_type(ParentVNI, 0)).first->second;
356   (void)OldVNI;
357   assert(OldVNI == 0 && "Simple/Complex values mixed");
358
359   // Should we insert a minimal snippet of VNI LiveRange, or can we count on
360   // callers to do that? We need it for lookups of complex values.
361   VNInfo *VNI = li_.getNextValue(Idx, 0, true, lis_.getVNInfoAllocator());
362   return VNI;
363 }
364
365 // mapValue - Find the mapped value for ParentVNI at Idx.
366 // Potentially create phi-def values.
367 VNInfo *LiveIntervalMap::mapValue(const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx) {
368   assert(ParentVNI && "Mapping  NULL value");
369   assert(Idx.isValid() && "Invalid SlotIndex");
370   assert(parentli_.getVNInfoAt(Idx) == ParentVNI && "Bad ParentVNI");
371
372   // Use insert for lookup, so we can add missing values with a second lookup.
373   std::pair<ValueMap::iterator,bool> InsP =
374     valueMap_.insert(ValueMap::value_type(ParentVNI, 0));
375
376   // This was an unknown value. Create a simple mapping.
377   if (InsP.second)
378     return InsP.first->second = li_.createValueCopy(ParentVNI,
379                                                     lis_.getVNInfoAllocator());
380   // This was a simple mapped value.
381   if (InsP.first->second)
382     return InsP.first->second;
383
384   // This is a complex mapped value. There may be multiple defs, and we may need
385   // to create phi-defs.
386   MachineBasicBlock *IdxMBB = lis_.getMBBFromIndex(Idx);
387   assert(IdxMBB && "No MBB at Idx");
388
389   // Is there a def in the same MBB we can extend?
390   if (VNInfo *VNI = extendTo(IdxMBB, Idx))
391     return VNI;
392
393   // Now for the fun part. We know that ParentVNI potentially has multiple defs,
394   // and we may need to create even more phi-defs to preserve VNInfo SSA form.
395   // Perform a depth-first search for predecessor blocks where we know the
396   // dominating VNInfo. Insert phi-def VNInfos along the path back to IdxMBB.
397
398   // Track MBBs where we have created or learned the dominating value.
399   // This may change during the DFS as we create new phi-defs.
400   typedef DenseMap<MachineBasicBlock*, VNInfo*> MBBValueMap;
401   MBBValueMap DomValue;
402
403   for (idf_iterator<MachineBasicBlock*>
404          IDFI = idf_begin(IdxMBB),
405          IDFE = idf_end(IdxMBB); IDFI != IDFE;) {
406     MachineBasicBlock *MBB = *IDFI;
407     SlotIndex End = lis_.getMBBEndIdx(MBB);
408
409     // We are operating on the restricted CFG where ParentVNI is live.
410     if (parentli_.getVNInfoAt(End.getPrevSlot()) != ParentVNI) {
411       IDFI.skipChildren();
412       continue;
413     }
414
415     // Do we have a dominating value in this block?
416     VNInfo *VNI = extendTo(MBB, End);
417     if (!VNI) {
418       ++IDFI;
419       continue;
420     }
421
422     // Yes, VNI dominates MBB. Track the path back to IdxMBB, creating phi-defs
423     // as needed along the way.
424     for (unsigned PI = IDFI.getPathLength()-1; PI != 0; --PI) {
425       // Start from MBB's immediate successor. End at IdxMBB.
426       MachineBasicBlock *Succ = IDFI.getPath(PI-1);
427       std::pair<MBBValueMap::iterator, bool> InsP =
428         DomValue.insert(MBBValueMap::value_type(Succ, VNI));
429
430       // This is the first time we backtrack to Succ.
431       if (InsP.second)
432         continue;
433
434       // We reached Succ again with the same VNI. Nothing is going to change.
435       VNInfo *OVNI = InsP.first->second;
436       if (OVNI == VNI)
437         break;
438
439       // Succ already has a phi-def. No need to continue.
440       SlotIndex Start = lis_.getMBBStartIdx(Succ);
441       if (OVNI->def == Start)
442         break;
443
444       // We have a collision between the old and new VNI at Succ. That means
445       // neither dominates and we need a new phi-def.
446       VNI = li_.getNextValue(Start, 0, true, lis_.getVNInfoAllocator());
447       VNI->setIsPHIDef(true);
448       InsP.first->second = VNI;
449
450       // Replace OVNI with VNI in the remaining path.
451       for (; PI > 1 ; --PI) {
452         MBBValueMap::iterator I = DomValue.find(IDFI.getPath(PI-2));
453         if (I == DomValue.end() || I->second != OVNI)
454           break;
455         I->second = VNI;
456       }
457     }
458
459     // No need to search the children, we found a dominating value.
460     IDFI.skipChildren();
461   }
462
463   // The search should at least find a dominating value for IdxMBB.
464   assert(!DomValue.empty() && "Couldn't find a reaching definition");
465
466   // Since we went through the trouble of a full DFS visiting all reaching defs,
467   // the values in DomValue are now accurate. No more phi-defs are needed for
468   // these blocks, so we can color the live ranges.
469   // This makes the next mapValue call much faster.
470   VNInfo *IdxVNI = 0;
471   for (MBBValueMap::iterator I = DomValue.begin(), E = DomValue.end(); I != E;
472        ++I) {
473      MachineBasicBlock *MBB = I->first;
474      VNInfo *VNI = I->second;
475      SlotIndex Start = lis_.getMBBStartIdx(MBB);
476      if (MBB == IdxMBB) {
477        // Don't add full liveness to IdxMBB, stop at Idx.
478        if (Start != Idx)
479          li_.addRange(LiveRange(Start, Idx, VNI));
480        // The caller had better add some liveness to IdxVNI, or it leaks.
481        IdxVNI = VNI;
482      } else
483       li_.addRange(LiveRange(Start, lis_.getMBBEndIdx(MBB), VNI));
484   }
485
486   assert(IdxVNI && "Didn't find value for Idx");
487   return IdxVNI;
488 }
489
490 // extendTo - Find the last li_ value defined in MBB at or before Idx. The
491 // parentli_ is assumed to be live at Idx. Extend the live range to Idx.
492 // Return the found VNInfo, or NULL.
493 VNInfo *LiveIntervalMap::extendTo(MachineBasicBlock *MBB, SlotIndex Idx) {
494   LiveInterval::iterator I = std::upper_bound(li_.begin(), li_.end(), Idx);
495   if (I == li_.begin())
496     return 0;
497   --I;
498   if (I->start < lis_.getMBBStartIdx(MBB))
499     return 0;
500   if (I->end < Idx)
501     I->end = Idx;
502   return I->valno;
503 }
504
505 // addSimpleRange - Add a simple range from parentli_ to li_.
506 // ParentVNI must be live in the [Start;End) interval.
507 void LiveIntervalMap::addSimpleRange(SlotIndex Start, SlotIndex End,
508                                      const VNInfo *ParentVNI) {
509   VNInfo *VNI = mapValue(ParentVNI, Start);
510   // A simple mappoing is easy.
511   if (VNI->def == ParentVNI->def) {
512     li_.addRange(LiveRange(Start, End, VNI));
513     return;
514   }
515
516   // ParentVNI is a complex value. We must map per MBB.
517   MachineFunction::iterator MBB = lis_.getMBBFromIndex(Start);
518   MachineFunction::iterator MBBE = lis_.getMBBFromIndex(End);
519
520   if (MBB == MBBE) {
521     li_.addRange(LiveRange(Start, End, VNI));
522     return;
523   }
524
525   // First block.
526   li_.addRange(LiveRange(Start, lis_.getMBBEndIdx(MBB), VNI));
527
528   // Run sequence of full blocks.
529   for (++MBB; MBB != MBBE; ++MBB) {
530     Start = lis_.getMBBStartIdx(MBB);
531     li_.addRange(LiveRange(Start, lis_.getMBBEndIdx(MBB),
532                            mapValue(ParentVNI, Start)));
533   }
534
535   // Final block.
536   Start = lis_.getMBBStartIdx(MBB);
537   if (Start != End)
538     li_.addRange(LiveRange(Start, End, mapValue(ParentVNI, Start)));
539 }
540
541 /// addRange - Add live ranges to li_ where [Start;End) intersects parentli_.
542 /// All needed values whose def is not inside [Start;End) must be defined
543 /// beforehand so mapValue will work.
544 void LiveIntervalMap::addRange(SlotIndex Start, SlotIndex End) {
545   LiveInterval::const_iterator B = parentli_.begin(), E = parentli_.end();
546   LiveInterval::const_iterator I = std::lower_bound(B, E, Start);
547
548   // Check if --I begins before Start and overlaps.
549   if (I != B) {
550     --I;
551     if (I->end > Start)
552       addSimpleRange(Start, std::min(End, I->end), I->valno);
553     ++I;
554   }
555
556   // The remaining ranges begin after Start.
557   for (;I != E && I->start < End; ++I)
558     addSimpleRange(I->start, std::min(End, I->end), I->valno);
559 }
560
561 //===----------------------------------------------------------------------===//
562 //                               Split Editor
563 //===----------------------------------------------------------------------===//
564
565 /// Create a new SplitEditor for editing the LiveInterval analyzed by SA.
566 SplitEditor::SplitEditor(SplitAnalysis &sa, LiveIntervals &lis, VirtRegMap &vrm,
567                          SmallVectorImpl<LiveInterval*> &intervals)
568   : sa_(sa), lis_(lis), vrm_(vrm),
569     mri_(vrm.getMachineFunction().getRegInfo()),
570     tii_(*vrm.getMachineFunction().getTarget().getInstrInfo()),
571     curli_(sa_.getCurLI()),
572     dupli_(0), openli_(0),
573     intervals_(intervals),
574     firstInterval(intervals_.size())
575 {
576   assert(curli_ && "SplitEditor created from empty SplitAnalysis");
577
578   // Make sure curli_ is assigned a stack slot, so all our intervals get the
579   // same slot as curli_.
580   if (vrm_.getStackSlot(curli_->reg) == VirtRegMap::NO_STACK_SLOT)
581     vrm_.assignVirt2StackSlot(curli_->reg);
582
583 }
584
585 LiveInterval *SplitEditor::createInterval() {
586   unsigned curli = sa_.getCurLI()->reg;
587   unsigned Reg = mri_.createVirtualRegister(mri_.getRegClass(curli));
588   LiveInterval &Intv = lis_.getOrCreateInterval(Reg);
589   vrm_.grow();
590   vrm_.assignVirt2StackSlot(Reg, vrm_.getStackSlot(curli));
591   return &Intv;
592 }
593
594 LiveInterval *SplitEditor::getDupLI() {
595   if (!dupli_) {
596     // Create an interval for dupli that is a copy of curli.
597     dupli_ = createInterval();
598     dupli_->Copy(*curli_, &mri_, lis_.getVNInfoAllocator());
599   }
600   return dupli_;
601 }
602
603 VNInfo *SplitEditor::mapValue(const VNInfo *curliVNI) {
604   VNInfo *&VNI = valueMap_[curliVNI];
605   if (!VNI)
606     VNI = openli_->createValueCopy(curliVNI, lis_.getVNInfoAllocator());
607   return VNI;
608 }
609
610 /// Insert a COPY instruction curli -> li. Allocate a new value from li
611 /// defined by the COPY. Note that rewrite() will deal with the curli
612 /// register, so this function can be used to copy from any interval - openli,
613 /// curli, or dupli.
614 VNInfo *SplitEditor::insertCopy(LiveInterval &LI,
615                                 MachineBasicBlock &MBB,
616                                 MachineBasicBlock::iterator I) {
617   MachineInstr *MI = BuildMI(MBB, I, DebugLoc(), tii_.get(TargetOpcode::COPY),
618                              LI.reg).addReg(curli_->reg);
619   SlotIndex DefIdx = lis_.InsertMachineInstrInMaps(MI).getDefIndex();
620   return LI.getNextValue(DefIdx, MI, true, lis_.getVNInfoAllocator());
621 }
622
623 /// Create a new virtual register and live interval.
624 void SplitEditor::openIntv() {
625   assert(!openli_ && "Previous LI not closed before openIntv");
626   openli_ = createInterval();
627   intervals_.push_back(openli_);
628   liveThrough_ = false;
629 }
630
631 /// enterIntvBefore - Enter openli before the instruction at Idx. If curli is
632 /// not live before Idx, a COPY is not inserted.
633 void SplitEditor::enterIntvBefore(SlotIndex Idx) {
634   assert(openli_ && "openIntv not called before enterIntvBefore");
635
636   // Copy from curli_ if it is live.
637   if (VNInfo *CurVNI = curli_->getVNInfoAt(Idx.getUseIndex())) {
638     MachineInstr *MI = lis_.getInstructionFromIndex(Idx);
639     assert(MI && "enterIntvBefore called with invalid index");
640     VNInfo *VNI = insertCopy(*openli_, *MI->getParent(), MI);
641     openli_->addRange(LiveRange(VNI->def, Idx.getDefIndex(), VNI));
642
643     // Make sure CurVNI is properly mapped.
644     VNInfo *&mapVNI = valueMap_[CurVNI];
645     // We dont have SSA update yet, so only one entry per value is allowed.
646     assert(!mapVNI && "enterIntvBefore called more than once for the same value");
647     mapVNI = VNI;
648   }
649   DEBUG(dbgs() << "    enterIntvBefore " << Idx << ": " << *openli_ << '\n');
650 }
651
652 /// enterIntvAtEnd - Enter openli at the end of MBB.
653 /// PhiMBB is a successor inside openli where a PHI value is created.
654 /// Currently, all entries must share the same PhiMBB.
655 void SplitEditor::enterIntvAtEnd(MachineBasicBlock &A, MachineBasicBlock &B) {
656   assert(openli_ && "openIntv not called before enterIntvAtEnd");
657
658   SlotIndex EndA = lis_.getMBBEndIdx(&A);
659   VNInfo *CurVNIA = curli_->getVNInfoAt(EndA.getPrevIndex());
660   if (!CurVNIA) {
661     DEBUG(dbgs() << "    enterIntvAtEnd, curli not live out of BB#"
662                  << A.getNumber() << ".\n");
663     return;
664   }
665
666   // Add a phi kill value and live range out of A.
667   VNInfo *VNIA = insertCopy(*openli_, A, A.getFirstTerminator());
668   openli_->addRange(LiveRange(VNIA->def, EndA, VNIA));
669
670   // FIXME: If this is the only entry edge, we don't need the extra PHI value.
671   // FIXME: If there are multiple entry blocks (so not a loop), we need proper
672   // SSA update.
673
674   // Now look at the start of B.
675   SlotIndex StartB = lis_.getMBBStartIdx(&B);
676   SlotIndex EndB = lis_.getMBBEndIdx(&B);
677   const LiveRange *CurB = curli_->getLiveRangeContaining(StartB);
678   if (!CurB) {
679     DEBUG(dbgs() << "    enterIntvAtEnd: curli not live in to BB#"
680                  << B.getNumber() << ".\n");
681     return;
682   }
683
684   VNInfo *VNIB = openli_->getVNInfoAt(StartB);
685   if (!VNIB) {
686     // Create a phi value.
687     VNIB = openli_->getNextValue(SlotIndex(StartB, true), 0, false,
688                                  lis_.getVNInfoAllocator());
689     VNIB->setIsPHIDef(true);
690     VNInfo *&mapVNI = valueMap_[CurB->valno];
691     if (mapVNI) {
692       // Multiple copies - must create PHI value.
693       abort();
694     } else {
695       // This is the first copy of dupLR. Mark the mapping.
696       mapVNI = VNIB;
697     }
698
699   }
700
701   DEBUG(dbgs() << "    enterIntvAtEnd: " << *openli_ << '\n');
702 }
703
704 /// useIntv - indicate that all instructions in MBB should use openli.
705 void SplitEditor::useIntv(const MachineBasicBlock &MBB) {
706   useIntv(lis_.getMBBStartIdx(&MBB), lis_.getMBBEndIdx(&MBB));
707 }
708
709 void SplitEditor::useIntv(SlotIndex Start, SlotIndex End) {
710   assert(openli_ && "openIntv not called before useIntv");
711
712   // Map the curli values from the interval into openli_
713   LiveInterval::const_iterator B = curli_->begin(), E = curli_->end();
714   LiveInterval::const_iterator I = std::lower_bound(B, E, Start);
715
716   if (I != B) {
717     --I;
718     // I begins before Start, but overlaps.
719     if (I->end > Start)
720       openli_->addRange(LiveRange(Start, std::min(End, I->end),
721                         mapValue(I->valno)));
722     ++I;
723   }
724
725   // The remaining ranges begin after Start.
726   for (;I != E && I->start < End; ++I)
727     openli_->addRange(LiveRange(I->start, std::min(End, I->end),
728                                 mapValue(I->valno)));
729   DEBUG(dbgs() << "    use [" << Start << ';' << End << "): " << *openli_
730                << '\n');
731 }
732
733 /// leaveIntvAfter - Leave openli after the instruction at Idx.
734 void SplitEditor::leaveIntvAfter(SlotIndex Idx) {
735   assert(openli_ && "openIntv not called before leaveIntvAfter");
736
737   const LiveRange *CurLR = curli_->getLiveRangeContaining(Idx.getDefIndex());
738   if (!CurLR || CurLR->end <= Idx.getBoundaryIndex()) {
739     DEBUG(dbgs() << "    leaveIntvAfter " << Idx << ": not live\n");
740     return;
741   }
742
743   // Was this value of curli live through openli?
744   if (!openli_->liveAt(CurLR->valno->def)) {
745     DEBUG(dbgs() << "    leaveIntvAfter " << Idx << ": using external value\n");
746     liveThrough_ = true;
747     return;
748   }
749
750   // We are going to insert a back copy, so we must have a dupli_.
751   LiveRange *DupLR = getDupLI()->getLiveRangeContaining(Idx.getDefIndex());
752   assert(DupLR && "dupli not live into black, but curli is?");
753
754   // Insert the COPY instruction.
755   MachineBasicBlock::iterator I = lis_.getInstructionFromIndex(Idx);
756   MachineInstr *MI = BuildMI(*I->getParent(), llvm::next(I), I->getDebugLoc(),
757                              tii_.get(TargetOpcode::COPY), dupli_->reg)
758                        .addReg(openli_->reg);
759   SlotIndex CopyIdx = lis_.InsertMachineInstrInMaps(MI).getDefIndex();
760   openli_->addRange(LiveRange(Idx.getDefIndex(), CopyIdx,
761                     mapValue(CurLR->valno)));
762   DupLR->valno->def = CopyIdx;
763   DEBUG(dbgs() << "    leaveIntvAfter " << Idx << ": " << *openli_ << '\n');
764 }
765
766 /// leaveIntvAtTop - Leave the interval at the top of MBB.
767 /// Currently, only one value can leave the interval.
768 void SplitEditor::leaveIntvAtTop(MachineBasicBlock &MBB) {
769   assert(openli_ && "openIntv not called before leaveIntvAtTop");
770
771   SlotIndex Start = lis_.getMBBStartIdx(&MBB);
772   const LiveRange *CurLR = curli_->getLiveRangeContaining(Start);
773
774   // Is curli even live-in to MBB?
775   if (!CurLR) {
776     DEBUG(dbgs() << "    leaveIntvAtTop at " << Start << ": not live\n");
777     return;
778   }
779
780   // Is curli defined by PHI at the beginning of MBB?
781   bool isPHIDef = CurLR->valno->isPHIDef() &&
782                   CurLR->valno->def.getBaseIndex() == Start;
783
784   // If MBB is using a value of curli that was defined outside the openli range,
785   // we don't want to copy it back here.
786   if (!isPHIDef && !openli_->liveAt(CurLR->valno->def)) {
787     DEBUG(dbgs() << "    leaveIntvAtTop at " << Start
788                  << ": using external value\n");
789     liveThrough_ = true;
790     return;
791   }
792
793   // We are going to insert a back copy, so we must have a dupli_.
794   LiveRange *DupLR = getDupLI()->getLiveRangeContaining(Start);
795   assert(DupLR && "dupli not live into black, but curli is?");
796
797   // Insert the COPY instruction.
798   MachineInstr *MI = BuildMI(MBB, MBB.begin(), DebugLoc(),
799                              tii_.get(TargetOpcode::COPY), dupli_->reg)
800                        .addReg(openli_->reg);
801   SlotIndex Idx = lis_.InsertMachineInstrInMaps(MI).getDefIndex();
802
803   // Adjust dupli and openli values.
804   if (isPHIDef) {
805     // dupli was already a PHI on entry to MBB. Simply insert an openli PHI,
806     // and shift the dupli def down to the COPY.
807     VNInfo *VNI = openli_->getNextValue(SlotIndex(Start, true), 0, false,
808                                         lis_.getVNInfoAllocator());
809     VNI->setIsPHIDef(true);
810     openli_->addRange(LiveRange(VNI->def, Idx, VNI));
811
812     dupli_->removeRange(Start, Idx);
813     DupLR->valno->def = Idx;
814     DupLR->valno->setIsPHIDef(false);
815   } else {
816     // The dupli value was defined somewhere inside the openli range.
817     DEBUG(dbgs() << "    leaveIntvAtTop source value defined at "
818                  << DupLR->valno->def << "\n");
819     // FIXME: We may not need a PHI here if all predecessors have the same
820     // value.
821     VNInfo *VNI = openli_->getNextValue(SlotIndex(Start, true), 0, false,
822                                         lis_.getVNInfoAllocator());
823     VNI->setIsPHIDef(true);
824     openli_->addRange(LiveRange(VNI->def, Idx, VNI));
825
826     // FIXME: What if DupLR->valno is used by multiple exits? SSA Update.
827
828     // closeIntv is going to remove the superfluous live ranges.
829     DupLR->valno->def = Idx;
830     DupLR->valno->setIsPHIDef(false);
831   }
832
833   DEBUG(dbgs() << "    leaveIntvAtTop at " << Idx << ": " << *openli_ << '\n');
834 }
835
836 /// closeIntv - Indicate that we are done editing the currently open
837 /// LiveInterval, and ranges can be trimmed.
838 void SplitEditor::closeIntv() {
839   assert(openli_ && "openIntv not called before closeIntv");
840
841   DEBUG(dbgs() << "    closeIntv cleaning up\n");
842   DEBUG(dbgs() << "    open " << *openli_ << '\n');
843
844   if (liveThrough_) {
845     DEBUG(dbgs() << "    value live through region, leaving dupli as is.\n");
846   } else {
847     // live out with copies inserted, or killed by region. Either way we need to
848     // remove the overlapping region from dupli.
849     getDupLI();
850     for (LiveInterval::iterator I = openli_->begin(), E = openli_->end();
851          I != E; ++I) {
852       dupli_->removeRange(I->start, I->end);
853     }
854     // FIXME: A block branching to the entry block may also branch elsewhere
855     // curli is live. We need both openli and curli to be live in that case.
856     DEBUG(dbgs() << "    dup2 " << *dupli_ << '\n');
857   }
858   openli_ = 0;
859   valueMap_.clear();
860 }
861
862 /// rewrite - after all the new live ranges have been created, rewrite
863 /// instructions using curli to use the new intervals.
864 void SplitEditor::rewrite() {
865   assert(!openli_ && "Previous LI not closed before rewrite");
866   const LiveInterval *curli = sa_.getCurLI();
867   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator RI = mri_.reg_begin(curli->reg),
868        RE = mri_.reg_end(); RI != RE;) {
869     MachineOperand &MO = RI.getOperand();
870     MachineInstr *MI = MO.getParent();
871     ++RI;
872     if (MI->isDebugValue()) {
873       DEBUG(dbgs() << "Zapping " << *MI);
874       // FIXME: We can do much better with debug values.
875       MO.setReg(0);
876       continue;
877     }
878     SlotIndex Idx = lis_.getInstructionIndex(MI);
879     Idx = MO.isUse() ? Idx.getUseIndex() : Idx.getDefIndex();
880     LiveInterval *LI = dupli_;
881     for (unsigned i = firstInterval, e = intervals_.size(); i != e; ++i) {
882       LiveInterval *testli = intervals_[i];
883       if (testli->liveAt(Idx)) {
884         LI = testli;
885         break;
886       }
887     }
888     if (LI) {
889       MO.setReg(LI->reg);
890       sa_.removeUse(MI);
891       DEBUG(dbgs() << "  rewrite " << Idx << '\t' << *MI);
892     }
893   }
894
895   // dupli_ goes in last, after rewriting.
896   if (dupli_) {
897     if (dupli_->empty()) {
898       DEBUG(dbgs() << "  dupli became empty?\n");
899       lis_.removeInterval(dupli_->reg);
900       dupli_ = 0;
901     } else {
902       dupli_->RenumberValues(lis_);
903       intervals_.push_back(dupli_);
904     }
905   }
906
907   // Calculate spill weight and allocation hints for new intervals.
908   VirtRegAuxInfo vrai(vrm_.getMachineFunction(), lis_, sa_.loops_);
909   for (unsigned i = firstInterval, e = intervals_.size(); i != e; ++i) {
910     LiveInterval &li = *intervals_[i];
911     vrai.CalculateRegClass(li.reg);
912     vrai.CalculateWeightAndHint(li);
913     DEBUG(dbgs() << "  new interval " << mri_.getRegClass(li.reg)->getName()
914                  << ":" << li << '\n');
915   }
916 }
917
918
919 //===----------------------------------------------------------------------===//
920 //                               Loop Splitting
921 //===----------------------------------------------------------------------===//
922
923 bool SplitEditor::splitAroundLoop(const MachineLoop *Loop) {
924   SplitAnalysis::LoopBlocks Blocks;
925   sa_.getLoopBlocks(Loop, Blocks);
926
927   // Break critical edges as needed.
928   SplitAnalysis::BlockPtrSet CriticalExits;
929   sa_.getCriticalExits(Blocks, CriticalExits);
930   assert(CriticalExits.empty() && "Cannot break critical exits yet");
931
932   // Create new live interval for the loop.
933   openIntv();
934
935   // Insert copies in the predecessors.
936   for (SplitAnalysis::BlockPtrSet::iterator I = Blocks.Preds.begin(),
937        E = Blocks.Preds.end(); I != E; ++I) {
938     MachineBasicBlock &MBB = const_cast<MachineBasicBlock&>(**I);
939     enterIntvAtEnd(MBB, *Loop->getHeader());
940   }
941
942   // Switch all loop blocks.
943   for (SplitAnalysis::BlockPtrSet::iterator I = Blocks.Loop.begin(),
944        E = Blocks.Loop.end(); I != E; ++I)
945      useIntv(**I);
946
947   // Insert back copies in the exit blocks.
948   for (SplitAnalysis::BlockPtrSet::iterator I = Blocks.Exits.begin(),
949        E = Blocks.Exits.end(); I != E; ++I) {
950     MachineBasicBlock &MBB = const_cast<MachineBasicBlock&>(**I);
951     leaveIntvAtTop(MBB);
952   }
953
954   // Done.
955   closeIntv();
956   rewrite();
957   return dupli_;
958 }
959
960
961 //===----------------------------------------------------------------------===//
962 //                            Single Block Splitting
963 //===----------------------------------------------------------------------===//
964
965 /// splitSingleBlocks - Split curli into a separate live interval inside each
966 /// basic block in Blocks. Return true if curli has been completely replaced,
967 /// false if curli is still intact, and needs to be spilled or split further.
968 bool SplitEditor::splitSingleBlocks(const SplitAnalysis::BlockPtrSet &Blocks) {
969   DEBUG(dbgs() << "  splitSingleBlocks for " << Blocks.size() << " blocks.\n");
970   // Determine the first and last instruction using curli in each block.
971   typedef std::pair<SlotIndex,SlotIndex> IndexPair;
972   typedef DenseMap<const MachineBasicBlock*,IndexPair> IndexPairMap;
973   IndexPairMap MBBRange;
974   for (SplitAnalysis::InstrPtrSet::const_iterator I = sa_.usingInstrs_.begin(),
975        E = sa_.usingInstrs_.end(); I != E; ++I) {
976     const MachineBasicBlock *MBB = (*I)->getParent();
977     if (!Blocks.count(MBB))
978       continue;
979     SlotIndex Idx = lis_.getInstructionIndex(*I);
980     DEBUG(dbgs() << "  BB#" << MBB->getNumber() << '\t' << Idx << '\t' << **I);
981     IndexPair &IP = MBBRange[MBB];
982     if (!IP.first.isValid() || Idx < IP.first)
983       IP.first = Idx;
984     if (!IP.second.isValid() || Idx > IP.second)
985       IP.second = Idx;
986   }
987
988   // Create a new interval for each block.
989   for (SplitAnalysis::BlockPtrSet::const_iterator I = Blocks.begin(),
990        E = Blocks.end(); I != E; ++I) {
991     IndexPair &IP = MBBRange[*I];
992     DEBUG(dbgs() << "  splitting for BB#" << (*I)->getNumber() << ": ["
993                  << IP.first << ';' << IP.second << ")\n");
994     assert(IP.first.isValid() && IP.second.isValid());
995
996     openIntv();
997     enterIntvBefore(IP.first);
998     useIntv(IP.first.getBaseIndex(), IP.second.getBoundaryIndex());
999     leaveIntvAfter(IP.second);
1000     closeIntv();
1001   }
1002   rewrite();
1003   return dupli_;
1004 }
1005
1006
1007 //===----------------------------------------------------------------------===//
1008 //                            Sub Block Splitting
1009 //===----------------------------------------------------------------------===//
1010
1011 /// getBlockForInsideSplit - If curli is contained inside a single basic block,
1012 /// and it wou pay to subdivide the interval inside that block, return it.
1013 /// Otherwise return NULL. The returned block can be passed to
1014 /// SplitEditor::splitInsideBlock.
1015 const MachineBasicBlock *SplitAnalysis::getBlockForInsideSplit() {
1016   // The interval must be exclusive to one block.
1017   if (usingBlocks_.size() != 1)
1018     return 0;
1019   // Don't to this for less than 4 instructions. We want to be sure that
1020   // splitting actually reduces the instruction count per interval.
1021   if (usingInstrs_.size() < 4)
1022     return 0;
1023   return usingBlocks_.begin()->first;
1024 }
1025
1026 /// splitInsideBlock - Split curli into multiple intervals inside MBB. Return
1027 /// true if curli has been completely replaced, false if curli is still
1028 /// intact, and needs to be spilled or split further.
1029 bool SplitEditor::splitInsideBlock(const MachineBasicBlock *MBB) {
1030   SmallVector<SlotIndex, 32> Uses;
1031   Uses.reserve(sa_.usingInstrs_.size());
1032   for (SplitAnalysis::InstrPtrSet::const_iterator I = sa_.usingInstrs_.begin(),
1033        E = sa_.usingInstrs_.end(); I != E; ++I)
1034     if ((*I)->getParent() == MBB)
1035       Uses.push_back(lis_.getInstructionIndex(*I));
1036   DEBUG(dbgs() << "  splitInsideBlock BB#" << MBB->getNumber() << " for "
1037                << Uses.size() << " instructions.\n");
1038   assert(Uses.size() >= 3 && "Need at least 3 instructions");
1039   array_pod_sort(Uses.begin(), Uses.end());
1040
1041   // Simple algorithm: Find the largest gap between uses as determined by slot
1042   // indices. Create new intervals for instructions before the gap and after the
1043   // gap.
1044   unsigned bestPos = 0;
1045   int bestGap = 0;
1046   DEBUG(dbgs() << "    dist (" << Uses[0]);
1047   for (unsigned i = 1, e = Uses.size(); i != e; ++i) {
1048     int g = Uses[i-1].distance(Uses[i]);
1049     DEBUG(dbgs() << ") -" << g << "- (" << Uses[i]);
1050     if (g > bestGap)
1051       bestPos = i, bestGap = g;
1052   }
1053   DEBUG(dbgs() << "), best: -" << bestGap << "-\n");
1054
1055   // bestPos points to the first use after the best gap.
1056   assert(bestPos > 0 && "Invalid gap");
1057
1058   // FIXME: Don't create intervals for low densities.
1059
1060   // First interval before the gap. Don't create single-instr intervals.
1061   if (bestPos > 1) {
1062     openIntv();
1063     enterIntvBefore(Uses.front());
1064     useIntv(Uses.front().getBaseIndex(), Uses[bestPos-1].getBoundaryIndex());
1065     leaveIntvAfter(Uses[bestPos-1]);
1066     closeIntv();
1067   }
1068
1069   // Second interval after the gap.
1070   if (bestPos < Uses.size()-1) {
1071     openIntv();
1072     enterIntvBefore(Uses[bestPos]);
1073     useIntv(Uses[bestPos].getBaseIndex(), Uses.back().getBoundaryIndex());
1074     leaveIntvAfter(Uses.back());
1075     closeIntv();
1076   }
1077
1078   rewrite();
1079   return dupli_;
1080 }