d252f76d93981c88481af6837140ef9a9ab8039f
[oota-llvm.git] / utils / TableGen / CodeGenRegisters.cpp
1 //===- CodeGenRegisters.cpp - Register and RegisterClass Info -------------===//
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 defines structures to encapsulate information gleaned from the
11 // target register and register class definitions.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "CodeGenRegisters.h"
16 #include "CodeGenTarget.h"
17 #include "llvm/ADT/IntEqClasses.h"
18 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
19 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
20 #include "llvm/ADT/StringExtras.h"
21 #include "llvm/ADT/Twine.h"
22 #include "llvm/Support/Debug.h"
23 #include "llvm/TableGen/Error.h"
24
25 using namespace llvm;
26
27 #define DEBUG_TYPE "regalloc-emitter"
28
29 //===----------------------------------------------------------------------===//
30 //                             CodeGenSubRegIndex
31 //===----------------------------------------------------------------------===//
32
33 CodeGenSubRegIndex::CodeGenSubRegIndex(Record *R, unsigned Enum)
34   : TheDef(R), EnumValue(Enum), LaneMask(0), AllSuperRegsCovered(true) {
35   Name = R->getName();
36   if (R->getValue("Namespace"))
37     Namespace = R->getValueAsString("Namespace");
38   Size = R->getValueAsInt("Size");
39   Offset = R->getValueAsInt("Offset");
40 }
41
42 CodeGenSubRegIndex::CodeGenSubRegIndex(StringRef N, StringRef Nspace,
43                                        unsigned Enum)
44   : TheDef(nullptr), Name(N), Namespace(Nspace), Size(-1), Offset(-1),
45     EnumValue(Enum), LaneMask(0), AllSuperRegsCovered(true) {
46 }
47
48 std::string CodeGenSubRegIndex::getQualifiedName() const {
49   std::string N = getNamespace();
50   if (!N.empty())
51     N += "::";
52   N += getName();
53   return N;
54 }
55
56 void CodeGenSubRegIndex::updateComponents(CodeGenRegBank &RegBank) {
57   if (!TheDef)
58     return;
59
60   std::vector<Record*> Comps = TheDef->getValueAsListOfDefs("ComposedOf");
61   if (!Comps.empty()) {
62     if (Comps.size() != 2)
63       PrintFatalError(TheDef->getLoc(),
64                       "ComposedOf must have exactly two entries");
65     CodeGenSubRegIndex *A = RegBank.getSubRegIdx(Comps[0]);
66     CodeGenSubRegIndex *B = RegBank.getSubRegIdx(Comps[1]);
67     CodeGenSubRegIndex *X = A->addComposite(B, this);
68     if (X)
69       PrintFatalError(TheDef->getLoc(), "Ambiguous ComposedOf entries");
70   }
71
72   std::vector<Record*> Parts =
73     TheDef->getValueAsListOfDefs("CoveringSubRegIndices");
74   if (!Parts.empty()) {
75     if (Parts.size() < 2)
76       PrintFatalError(TheDef->getLoc(),
77                       "CoveredBySubRegs must have two or more entries");
78     SmallVector<CodeGenSubRegIndex*, 8> IdxParts;
79     for (unsigned i = 0, e = Parts.size(); i != e; ++i)
80       IdxParts.push_back(RegBank.getSubRegIdx(Parts[i]));
81     RegBank.addConcatSubRegIndex(IdxParts, this);
82   }
83 }
84
85 unsigned CodeGenSubRegIndex::computeLaneMask() const {
86   // Already computed?
87   if (LaneMask)
88     return LaneMask;
89
90   // Recursion guard, shouldn't be required.
91   LaneMask = ~0u;
92
93   // The lane mask is simply the union of all sub-indices.
94   unsigned M = 0;
95   for (const auto &C : Composed)
96     M |= C.second->computeLaneMask();
97   assert(M && "Missing lane mask, sub-register cycle?");
98   LaneMask = M;
99   return LaneMask;
100 }
101
102 //===----------------------------------------------------------------------===//
103 //                              CodeGenRegister
104 //===----------------------------------------------------------------------===//
105
106 CodeGenRegister::CodeGenRegister(Record *R, unsigned Enum)
107   : TheDef(R),
108     EnumValue(Enum),
109     CostPerUse(R->getValueAsInt("CostPerUse")),
110     CoveredBySubRegs(R->getValueAsBit("CoveredBySubRegs")),
111     NumNativeRegUnits(0),
112     SubRegsComplete(false),
113     SuperRegsComplete(false),
114     TopoSig(~0u)
115 {}
116
117 void CodeGenRegister::buildObjectGraph(CodeGenRegBank &RegBank) {
118   std::vector<Record*> SRIs = TheDef->getValueAsListOfDefs("SubRegIndices");
119   std::vector<Record*> SRs = TheDef->getValueAsListOfDefs("SubRegs");
120
121   if (SRIs.size() != SRs.size())
122     PrintFatalError(TheDef->getLoc(),
123                     "SubRegs and SubRegIndices must have the same size");
124
125   for (unsigned i = 0, e = SRIs.size(); i != e; ++i) {
126     ExplicitSubRegIndices.push_back(RegBank.getSubRegIdx(SRIs[i]));
127     ExplicitSubRegs.push_back(RegBank.getReg(SRs[i]));
128   }
129
130   // Also compute leading super-registers. Each register has a list of
131   // covered-by-subregs super-registers where it appears as the first explicit
132   // sub-register.
133   //
134   // This is used by computeSecondarySubRegs() to find candidates.
135   if (CoveredBySubRegs && !ExplicitSubRegs.empty())
136     ExplicitSubRegs.front()->LeadingSuperRegs.push_back(this);
137
138   // Add ad hoc alias links. This is a symmetric relationship between two
139   // registers, so build a symmetric graph by adding links in both ends.
140   std::vector<Record*> Aliases = TheDef->getValueAsListOfDefs("Aliases");
141   for (unsigned i = 0, e = Aliases.size(); i != e; ++i) {
142     CodeGenRegister *Reg = RegBank.getReg(Aliases[i]);
143     ExplicitAliases.push_back(Reg);
144     Reg->ExplicitAliases.push_back(this);
145   }
146 }
147
148 const std::string &CodeGenRegister::getName() const {
149   return TheDef->getName();
150 }
151
152 namespace {
153 // Iterate over all register units in a set of registers.
154 class RegUnitIterator {
155   CodeGenRegister::Set::const_iterator RegI, RegE;
156   CodeGenRegister::RegUnitList::const_iterator UnitI, UnitE;
157
158 public:
159   RegUnitIterator(const CodeGenRegister::Set &Regs):
160     RegI(Regs.begin()), RegE(Regs.end()), UnitI(), UnitE() {
161
162     if (RegI != RegE) {
163       UnitI = (*RegI)->getRegUnits().begin();
164       UnitE = (*RegI)->getRegUnits().end();
165       advance();
166     }
167   }
168
169   bool isValid() const { return UnitI != UnitE; }
170
171   unsigned operator* () const { assert(isValid()); return *UnitI; }
172
173   const CodeGenRegister *getReg() const { assert(isValid()); return *RegI; }
174
175   /// Preincrement.  Move to the next unit.
176   void operator++() {
177     assert(isValid() && "Cannot advance beyond the last operand");
178     ++UnitI;
179     advance();
180   }
181
182 protected:
183   void advance() {
184     while (UnitI == UnitE) {
185       if (++RegI == RegE)
186         break;
187       UnitI = (*RegI)->getRegUnits().begin();
188       UnitE = (*RegI)->getRegUnits().end();
189     }
190   }
191 };
192 } // namespace
193
194 // Merge two RegUnitLists maintaining the order and removing duplicates.
195 // Overwrites MergedRU in the process.
196 static void mergeRegUnits(CodeGenRegister::RegUnitList &MergedRU,
197                           const CodeGenRegister::RegUnitList &RRU) {
198   CodeGenRegister::RegUnitList LRU = MergedRU;
199   MergedRU.clear();
200   std::set_union(LRU.begin(), LRU.end(), RRU.begin(), RRU.end(),
201                  std::back_inserter(MergedRU));
202 }
203
204 // Return true of this unit appears in RegUnits.
205 static bool hasRegUnit(CodeGenRegister::RegUnitList &RegUnits, unsigned Unit) {
206   return std::count(RegUnits.begin(), RegUnits.end(), Unit);
207 }
208
209 // Inherit register units from subregisters.
210 // Return true if the RegUnits changed.
211 bool CodeGenRegister::inheritRegUnits(CodeGenRegBank &RegBank) {
212   unsigned OldNumUnits = RegUnits.size();
213   for (SubRegMap::const_iterator I = SubRegs.begin(), E = SubRegs.end();
214        I != E; ++I) {
215     CodeGenRegister *SR = I->second;
216     // Merge the subregister's units into this register's RegUnits.
217     mergeRegUnits(RegUnits, SR->RegUnits);
218   }
219   return OldNumUnits != RegUnits.size();
220 }
221
222 const CodeGenRegister::SubRegMap &
223 CodeGenRegister::computeSubRegs(CodeGenRegBank &RegBank) {
224   // Only compute this map once.
225   if (SubRegsComplete)
226     return SubRegs;
227   SubRegsComplete = true;
228
229   // First insert the explicit subregs and make sure they are fully indexed.
230   for (unsigned i = 0, e = ExplicitSubRegs.size(); i != e; ++i) {
231     CodeGenRegister *SR = ExplicitSubRegs[i];
232     CodeGenSubRegIndex *Idx = ExplicitSubRegIndices[i];
233     if (!SubRegs.insert(std::make_pair(Idx, SR)).second)
234       PrintFatalError(TheDef->getLoc(), "SubRegIndex " + Idx->getName() +
235                       " appears twice in Register " + getName());
236     // Map explicit sub-registers first, so the names take precedence.
237     // The inherited sub-registers are mapped below.
238     SubReg2Idx.insert(std::make_pair(SR, Idx));
239   }
240
241   // Keep track of inherited subregs and how they can be reached.
242   SmallPtrSet<CodeGenRegister*, 8> Orphans;
243
244   // Clone inherited subregs and place duplicate entries in Orphans.
245   // Here the order is important - earlier subregs take precedence.
246   for (unsigned i = 0, e = ExplicitSubRegs.size(); i != e; ++i) {
247     CodeGenRegister *SR = ExplicitSubRegs[i];
248     const SubRegMap &Map = SR->computeSubRegs(RegBank);
249
250     for (SubRegMap::const_iterator SI = Map.begin(), SE = Map.end(); SI != SE;
251          ++SI) {
252       if (!SubRegs.insert(*SI).second)
253         Orphans.insert(SI->second);
254     }
255   }
256
257   // Expand any composed subreg indices.
258   // If dsub_2 has ComposedOf = [qsub_1, dsub_0], and this register has a
259   // qsub_1 subreg, add a dsub_2 subreg.  Keep growing Indices and process
260   // expanded subreg indices recursively.
261   SmallVector<CodeGenSubRegIndex*, 8> Indices = ExplicitSubRegIndices;
262   for (unsigned i = 0; i != Indices.size(); ++i) {
263     CodeGenSubRegIndex *Idx = Indices[i];
264     const CodeGenSubRegIndex::CompMap &Comps = Idx->getComposites();
265     CodeGenRegister *SR = SubRegs[Idx];
266     const SubRegMap &Map = SR->computeSubRegs(RegBank);
267
268     // Look at the possible compositions of Idx.
269     // They may not all be supported by SR.
270     for (CodeGenSubRegIndex::CompMap::const_iterator I = Comps.begin(),
271            E = Comps.end(); I != E; ++I) {
272       SubRegMap::const_iterator SRI = Map.find(I->first);
273       if (SRI == Map.end())
274         continue; // Idx + I->first doesn't exist in SR.
275       // Add I->second as a name for the subreg SRI->second, assuming it is
276       // orphaned, and the name isn't already used for something else.
277       if (SubRegs.count(I->second) || !Orphans.erase(SRI->second))
278         continue;
279       // We found a new name for the orphaned sub-register.
280       SubRegs.insert(std::make_pair(I->second, SRI->second));
281       Indices.push_back(I->second);
282     }
283   }
284
285   // Now Orphans contains the inherited subregisters without a direct index.
286   // Create inferred indexes for all missing entries.
287   // Work backwards in the Indices vector in order to compose subregs bottom-up.
288   // Consider this subreg sequence:
289   //
290   //   qsub_1 -> dsub_0 -> ssub_0
291   //
292   // The qsub_1 -> dsub_0 composition becomes dsub_2, so the ssub_0 register
293   // can be reached in two different ways:
294   //
295   //   qsub_1 -> ssub_0
296   //   dsub_2 -> ssub_0
297   //
298   // We pick the latter composition because another register may have [dsub_0,
299   // dsub_1, dsub_2] subregs without necessarily having a qsub_1 subreg.  The
300   // dsub_2 -> ssub_0 composition can be shared.
301   while (!Indices.empty() && !Orphans.empty()) {
302     CodeGenSubRegIndex *Idx = Indices.pop_back_val();
303     CodeGenRegister *SR = SubRegs[Idx];
304     const SubRegMap &Map = SR->computeSubRegs(RegBank);
305     for (SubRegMap::const_iterator SI = Map.begin(), SE = Map.end(); SI != SE;
306          ++SI)
307       if (Orphans.erase(SI->second))
308         SubRegs[RegBank.getCompositeSubRegIndex(Idx, SI->first)] = SI->second;
309   }
310
311   // Compute the inverse SubReg -> Idx map.
312   for (SubRegMap::const_iterator SI = SubRegs.begin(), SE = SubRegs.end();
313        SI != SE; ++SI) {
314     if (SI->second == this) {
315       ArrayRef<SMLoc> Loc;
316       if (TheDef)
317         Loc = TheDef->getLoc();
318       PrintFatalError(Loc, "Register " + getName() +
319                       " has itself as a sub-register");
320     }
321
322     // Compute AllSuperRegsCovered.
323     if (!CoveredBySubRegs)
324       SI->first->AllSuperRegsCovered = false;
325
326     // Ensure that every sub-register has a unique name.
327     DenseMap<const CodeGenRegister*, CodeGenSubRegIndex*>::iterator Ins =
328       SubReg2Idx.insert(std::make_pair(SI->second, SI->first)).first;
329     if (Ins->second == SI->first)
330       continue;
331     // Trouble: Two different names for SI->second.
332     ArrayRef<SMLoc> Loc;
333     if (TheDef)
334       Loc = TheDef->getLoc();
335     PrintFatalError(Loc, "Sub-register can't have two names: " +
336                   SI->second->getName() + " available as " +
337                   SI->first->getName() + " and " + Ins->second->getName());
338   }
339
340   // Derive possible names for sub-register concatenations from any explicit
341   // sub-registers. By doing this before computeSecondarySubRegs(), we ensure
342   // that getConcatSubRegIndex() won't invent any concatenated indices that the
343   // user already specified.
344   for (unsigned i = 0, e = ExplicitSubRegs.size(); i != e; ++i) {
345     CodeGenRegister *SR = ExplicitSubRegs[i];
346     if (!SR->CoveredBySubRegs || SR->ExplicitSubRegs.size() <= 1)
347       continue;
348
349     // SR is composed of multiple sub-regs. Find their names in this register.
350     SmallVector<CodeGenSubRegIndex*, 8> Parts;
351     for (unsigned j = 0, e = SR->ExplicitSubRegs.size(); j != e; ++j)
352       Parts.push_back(getSubRegIndex(SR->ExplicitSubRegs[j]));
353
354     // Offer this as an existing spelling for the concatenation of Parts.
355     RegBank.addConcatSubRegIndex(Parts, ExplicitSubRegIndices[i]);
356   }
357
358   // Initialize RegUnitList. Because getSubRegs is called recursively, this
359   // processes the register hierarchy in postorder.
360   //
361   // Inherit all sub-register units. It is good enough to look at the explicit
362   // sub-registers, the other registers won't contribute any more units.
363   for (unsigned i = 0, e = ExplicitSubRegs.size(); i != e; ++i) {
364     CodeGenRegister *SR = ExplicitSubRegs[i];
365     // Explicit sub-registers are usually disjoint, so this is a good way of
366     // computing the union. We may pick up a few duplicates that will be
367     // eliminated below.
368     unsigned N = RegUnits.size();
369     RegUnits.append(SR->RegUnits.begin(), SR->RegUnits.end());
370     std::inplace_merge(RegUnits.begin(), RegUnits.begin() + N, RegUnits.end());
371   }
372   RegUnits.erase(std::unique(RegUnits.begin(), RegUnits.end()), RegUnits.end());
373
374   // Absent any ad hoc aliasing, we create one register unit per leaf register.
375   // These units correspond to the maximal cliques in the register overlap
376   // graph which is optimal.
377   //
378   // When there is ad hoc aliasing, we simply create one unit per edge in the
379   // undirected ad hoc aliasing graph. Technically, we could do better by
380   // identifying maximal cliques in the ad hoc graph, but cliques larger than 2
381   // are extremely rare anyway (I've never seen one), so we don't bother with
382   // the added complexity.
383   for (unsigned i = 0, e = ExplicitAliases.size(); i != e; ++i) {
384     CodeGenRegister *AR = ExplicitAliases[i];
385     // Only visit each edge once.
386     if (AR->SubRegsComplete)
387       continue;
388     // Create a RegUnit representing this alias edge, and add it to both
389     // registers.
390     unsigned Unit = RegBank.newRegUnit(this, AR);
391     RegUnits.push_back(Unit);
392     AR->RegUnits.push_back(Unit);
393   }
394
395   // Finally, create units for leaf registers without ad hoc aliases. Note that
396   // a leaf register with ad hoc aliases doesn't get its own unit - it isn't
397   // necessary. This means the aliasing leaf registers can share a single unit.
398   if (RegUnits.empty())
399     RegUnits.push_back(RegBank.newRegUnit(this));
400
401   // We have now computed the native register units. More may be adopted later
402   // for balancing purposes.
403   NumNativeRegUnits = RegUnits.size();
404
405   return SubRegs;
406 }
407
408 // In a register that is covered by its sub-registers, try to find redundant
409 // sub-registers. For example:
410 //
411 //   QQ0 = {Q0, Q1}
412 //   Q0 = {D0, D1}
413 //   Q1 = {D2, D3}
414 //
415 // We can infer that D1_D2 is also a sub-register, even if it wasn't named in
416 // the register definition.
417 //
418 // The explicitly specified registers form a tree. This function discovers
419 // sub-register relationships that would force a DAG.
420 //
421 void CodeGenRegister::computeSecondarySubRegs(CodeGenRegBank &RegBank) {
422   // Collect new sub-registers first, add them later.
423   SmallVector<SubRegMap::value_type, 8> NewSubRegs;
424
425   // Look at the leading super-registers of each sub-register. Those are the
426   // candidates for new sub-registers, assuming they are fully contained in
427   // this register.
428   for (SubRegMap::iterator I = SubRegs.begin(), E = SubRegs.end(); I != E; ++I){
429     const CodeGenRegister *SubReg = I->second;
430     const CodeGenRegister::SuperRegList &Leads = SubReg->LeadingSuperRegs;
431     for (unsigned i = 0, e = Leads.size(); i != e; ++i) {
432       CodeGenRegister *Cand = const_cast<CodeGenRegister*>(Leads[i]);
433       // Already got this sub-register?
434       if (Cand == this || getSubRegIndex(Cand))
435         continue;
436       // Check if each component of Cand is already a sub-register.
437       // We know that the first component is I->second, and is present with the
438       // name I->first.
439       SmallVector<CodeGenSubRegIndex*, 8> Parts(1, I->first);
440       assert(!Cand->ExplicitSubRegs.empty() &&
441              "Super-register has no sub-registers");
442       for (unsigned j = 1, e = Cand->ExplicitSubRegs.size(); j != e; ++j) {
443         if (CodeGenSubRegIndex *Idx = getSubRegIndex(Cand->ExplicitSubRegs[j]))
444           Parts.push_back(Idx);
445         else {
446           // Sub-register doesn't exist.
447           Parts.clear();
448           break;
449         }
450       }
451       // If some Cand sub-register is not part of this register, or if Cand only
452       // has one sub-register, there is nothing to do.
453       if (Parts.size() <= 1)
454         continue;
455
456       // Each part of Cand is a sub-register of this. Make the full Cand also
457       // a sub-register with a concatenated sub-register index.
458       CodeGenSubRegIndex *Concat= RegBank.getConcatSubRegIndex(Parts);
459       NewSubRegs.push_back(std::make_pair(Concat, Cand));
460     }
461   }
462
463   // Now add all the new sub-registers.
464   for (unsigned i = 0, e = NewSubRegs.size(); i != e; ++i) {
465     // Don't add Cand if another sub-register is already using the index.
466     if (!SubRegs.insert(NewSubRegs[i]).second)
467       continue;
468
469     CodeGenSubRegIndex *NewIdx = NewSubRegs[i].first;
470     CodeGenRegister *NewSubReg = NewSubRegs[i].second;
471     SubReg2Idx.insert(std::make_pair(NewSubReg, NewIdx));
472   }
473
474   // Create sub-register index composition maps for the synthesized indices.
475   for (unsigned i = 0, e = NewSubRegs.size(); i != e; ++i) {
476     CodeGenSubRegIndex *NewIdx = NewSubRegs[i].first;
477     CodeGenRegister *NewSubReg = NewSubRegs[i].second;
478     for (SubRegMap::const_iterator SI = NewSubReg->SubRegs.begin(),
479            SE = NewSubReg->SubRegs.end(); SI != SE; ++SI) {
480       CodeGenSubRegIndex *SubIdx = getSubRegIndex(SI->second);
481       if (!SubIdx)
482         PrintFatalError(TheDef->getLoc(), "No SubRegIndex for " +
483                         SI->second->getName() + " in " + getName());
484       NewIdx->addComposite(SI->first, SubIdx);
485     }
486   }
487 }
488
489 void CodeGenRegister::computeSuperRegs(CodeGenRegBank &RegBank) {
490   // Only visit each register once.
491   if (SuperRegsComplete)
492     return;
493   SuperRegsComplete = true;
494
495   // Make sure all sub-registers have been visited first, so the super-reg
496   // lists will be topologically ordered.
497   for (SubRegMap::const_iterator I = SubRegs.begin(), E = SubRegs.end();
498        I != E; ++I)
499     I->second->computeSuperRegs(RegBank);
500
501   // Now add this as a super-register on all sub-registers.
502   // Also compute the TopoSigId in post-order.
503   TopoSigId Id;
504   for (SubRegMap::const_iterator I = SubRegs.begin(), E = SubRegs.end();
505        I != E; ++I) {
506     // Topological signature computed from SubIdx, TopoId(SubReg).
507     // Loops and idempotent indices have TopoSig = ~0u.
508     Id.push_back(I->first->EnumValue);
509     Id.push_back(I->second->TopoSig);
510
511     // Don't add duplicate entries.
512     if (!I->second->SuperRegs.empty() && I->second->SuperRegs.back() == this)
513       continue;
514     I->second->SuperRegs.push_back(this);
515   }
516   TopoSig = RegBank.getTopoSig(Id);
517 }
518
519 void
520 CodeGenRegister::addSubRegsPreOrder(SetVector<const CodeGenRegister*> &OSet,
521                                     CodeGenRegBank &RegBank) const {
522   assert(SubRegsComplete && "Must precompute sub-registers");
523   for (unsigned i = 0, e = ExplicitSubRegs.size(); i != e; ++i) {
524     CodeGenRegister *SR = ExplicitSubRegs[i];
525     if (OSet.insert(SR))
526       SR->addSubRegsPreOrder(OSet, RegBank);
527   }
528   // Add any secondary sub-registers that weren't part of the explicit tree.
529   for (SubRegMap::const_iterator I = SubRegs.begin(), E = SubRegs.end();
530        I != E; ++I)
531     OSet.insert(I->second);
532 }
533
534 // Get the sum of this register's unit weights.
535 unsigned CodeGenRegister::getWeight(const CodeGenRegBank &RegBank) const {
536   unsigned Weight = 0;
537   for (RegUnitList::const_iterator I = RegUnits.begin(), E = RegUnits.end();
538        I != E; ++I) {
539     Weight += RegBank.getRegUnit(*I).Weight;
540   }
541   return Weight;
542 }
543
544 //===----------------------------------------------------------------------===//
545 //                               RegisterTuples
546 //===----------------------------------------------------------------------===//
547
548 // A RegisterTuples def is used to generate pseudo-registers from lists of
549 // sub-registers. We provide a SetTheory expander class that returns the new
550 // registers.
551 namespace {
552 struct TupleExpander : SetTheory::Expander {
553   void expand(SetTheory &ST, Record *Def, SetTheory::RecSet &Elts) override {
554     std::vector<Record*> Indices = Def->getValueAsListOfDefs("SubRegIndices");
555     unsigned Dim = Indices.size();
556     ListInit *SubRegs = Def->getValueAsListInit("SubRegs");
557     if (Dim != SubRegs->getSize())
558       PrintFatalError(Def->getLoc(), "SubRegIndices and SubRegs size mismatch");
559     if (Dim < 2)
560       PrintFatalError(Def->getLoc(),
561                       "Tuples must have at least 2 sub-registers");
562
563     // Evaluate the sub-register lists to be zipped.
564     unsigned Length = ~0u;
565     SmallVector<SetTheory::RecSet, 4> Lists(Dim);
566     for (unsigned i = 0; i != Dim; ++i) {
567       ST.evaluate(SubRegs->getElement(i), Lists[i], Def->getLoc());
568       Length = std::min(Length, unsigned(Lists[i].size()));
569     }
570
571     if (Length == 0)
572       return;
573
574     // Precompute some types.
575     Record *RegisterCl = Def->getRecords().getClass("Register");
576     RecTy *RegisterRecTy = RecordRecTy::get(RegisterCl);
577     StringInit *BlankName = StringInit::get("");
578
579     // Zip them up.
580     for (unsigned n = 0; n != Length; ++n) {
581       std::string Name;
582       Record *Proto = Lists[0][n];
583       std::vector<Init*> Tuple;
584       unsigned CostPerUse = 0;
585       for (unsigned i = 0; i != Dim; ++i) {
586         Record *Reg = Lists[i][n];
587         if (i) Name += '_';
588         Name += Reg->getName();
589         Tuple.push_back(DefInit::get(Reg));
590         CostPerUse = std::max(CostPerUse,
591                               unsigned(Reg->getValueAsInt("CostPerUse")));
592       }
593
594       // Create a new Record representing the synthesized register. This record
595       // is only for consumption by CodeGenRegister, it is not added to the
596       // RecordKeeper.
597       Record *NewReg = new Record(Name, Def->getLoc(), Def->getRecords());
598       Elts.insert(NewReg);
599
600       // Copy Proto super-classes.
601       ArrayRef<Record *> Supers = Proto->getSuperClasses();
602       ArrayRef<SMRange> Ranges = Proto->getSuperClassRanges();
603       for (unsigned i = 0, e = Supers.size(); i != e; ++i)
604         NewReg->addSuperClass(Supers[i], Ranges[i]);
605
606       // Copy Proto fields.
607       for (unsigned i = 0, e = Proto->getValues().size(); i != e; ++i) {
608         RecordVal RV = Proto->getValues()[i];
609
610         // Skip existing fields, like NAME.
611         if (NewReg->getValue(RV.getNameInit()))
612           continue;
613
614         StringRef Field = RV.getName();
615
616         // Replace the sub-register list with Tuple.
617         if (Field == "SubRegs")
618           RV.setValue(ListInit::get(Tuple, RegisterRecTy));
619
620         // Provide a blank AsmName. MC hacks are required anyway.
621         if (Field == "AsmName")
622           RV.setValue(BlankName);
623
624         // CostPerUse is aggregated from all Tuple members.
625         if (Field == "CostPerUse")
626           RV.setValue(IntInit::get(CostPerUse));
627
628         // Composite registers are always covered by sub-registers.
629         if (Field == "CoveredBySubRegs")
630           RV.setValue(BitInit::get(true));
631
632         // Copy fields from the RegisterTuples def.
633         if (Field == "SubRegIndices" ||
634             Field == "CompositeIndices") {
635           NewReg->addValue(*Def->getValue(Field));
636           continue;
637         }
638
639         // Some fields get their default uninitialized value.
640         if (Field == "DwarfNumbers" ||
641             Field == "DwarfAlias" ||
642             Field == "Aliases") {
643           if (const RecordVal *DefRV = RegisterCl->getValue(Field))
644             NewReg->addValue(*DefRV);
645           continue;
646         }
647
648         // Everything else is copied from Proto.
649         NewReg->addValue(RV);
650       }
651     }
652   }
653 };
654 }
655
656 //===----------------------------------------------------------------------===//
657 //                            CodeGenRegisterClass
658 //===----------------------------------------------------------------------===//
659
660 CodeGenRegisterClass::CodeGenRegisterClass(CodeGenRegBank &RegBank, Record *R)
661   : TheDef(R),
662     Name(R->getName()),
663     TopoSigs(RegBank.getNumTopoSigs()),
664     EnumValue(-1),
665     LaneMask(0) {
666   // Rename anonymous register classes.
667   if (R->getName().size() > 9 && R->getName()[9] == '.') {
668     static unsigned AnonCounter = 0;
669     R->setName("AnonRegClass_" + utostr(AnonCounter));
670     // MSVC2012 ICEs if AnonCounter++ is directly passed to utostr.
671     ++AnonCounter;
672   }
673
674   std::vector<Record*> TypeList = R->getValueAsListOfDefs("RegTypes");
675   for (unsigned i = 0, e = TypeList.size(); i != e; ++i) {
676     Record *Type = TypeList[i];
677     if (!Type->isSubClassOf("ValueType"))
678       PrintFatalError("RegTypes list member '" + Type->getName() +
679         "' does not derive from the ValueType class!");
680     VTs.push_back(getValueType(Type));
681   }
682   assert(!VTs.empty() && "RegisterClass must contain at least one ValueType!");
683
684   // Allocation order 0 is the full set. AltOrders provides others.
685   const SetTheory::RecVec *Elements = RegBank.getSets().expand(R);
686   ListInit *AltOrders = R->getValueAsListInit("AltOrders");
687   Orders.resize(1 + AltOrders->size());
688
689   // Default allocation order always contains all registers.
690   for (unsigned i = 0, e = Elements->size(); i != e; ++i) {
691     Orders[0].push_back((*Elements)[i]);
692     const CodeGenRegister *Reg = RegBank.getReg((*Elements)[i]);
693     Members.insert(Reg);
694     TopoSigs.set(Reg->getTopoSig());
695   }
696
697   // Alternative allocation orders may be subsets.
698   SetTheory::RecSet Order;
699   for (unsigned i = 0, e = AltOrders->size(); i != e; ++i) {
700     RegBank.getSets().evaluate(AltOrders->getElement(i), Order, R->getLoc());
701     Orders[1 + i].append(Order.begin(), Order.end());
702     // Verify that all altorder members are regclass members.
703     while (!Order.empty()) {
704       CodeGenRegister *Reg = RegBank.getReg(Order.back());
705       Order.pop_back();
706       if (!contains(Reg))
707         PrintFatalError(R->getLoc(), " AltOrder register " + Reg->getName() +
708                       " is not a class member");
709     }
710   }
711
712   // Allow targets to override the size in bits of the RegisterClass.
713   unsigned Size = R->getValueAsInt("Size");
714
715   Namespace = R->getValueAsString("Namespace");
716   SpillSize = Size ? Size : MVT(VTs[0]).getSizeInBits();
717   SpillAlignment = R->getValueAsInt("Alignment");
718   CopyCost = R->getValueAsInt("CopyCost");
719   Allocatable = R->getValueAsBit("isAllocatable");
720   AltOrderSelect = R->getValueAsString("AltOrderSelect");
721 }
722
723 // Create an inferred register class that was missing from the .td files.
724 // Most properties will be inherited from the closest super-class after the
725 // class structure has been computed.
726 CodeGenRegisterClass::CodeGenRegisterClass(CodeGenRegBank &RegBank,
727                                            StringRef Name, Key Props)
728   : Members(*Props.Members),
729     TheDef(nullptr),
730     Name(Name),
731     TopoSigs(RegBank.getNumTopoSigs()),
732     EnumValue(-1),
733     SpillSize(Props.SpillSize),
734     SpillAlignment(Props.SpillAlignment),
735     CopyCost(0),
736     Allocatable(true) {
737   for (CodeGenRegister::Set::iterator I = Members.begin(), E = Members.end();
738        I != E; ++I)
739     TopoSigs.set((*I)->getTopoSig());
740 }
741
742 // Compute inherited propertied for a synthesized register class.
743 void CodeGenRegisterClass::inheritProperties(CodeGenRegBank &RegBank) {
744   assert(!getDef() && "Only synthesized classes can inherit properties");
745   assert(!SuperClasses.empty() && "Synthesized class without super class");
746
747   // The last super-class is the smallest one.
748   CodeGenRegisterClass &Super = *SuperClasses.back();
749
750   // Most properties are copied directly.
751   // Exceptions are members, size, and alignment
752   Namespace = Super.Namespace;
753   VTs = Super.VTs;
754   CopyCost = Super.CopyCost;
755   Allocatable = Super.Allocatable;
756   AltOrderSelect = Super.AltOrderSelect;
757
758   // Copy all allocation orders, filter out foreign registers from the larger
759   // super-class.
760   Orders.resize(Super.Orders.size());
761   for (unsigned i = 0, ie = Super.Orders.size(); i != ie; ++i)
762     for (unsigned j = 0, je = Super.Orders[i].size(); j != je; ++j)
763       if (contains(RegBank.getReg(Super.Orders[i][j])))
764         Orders[i].push_back(Super.Orders[i][j]);
765 }
766
767 bool CodeGenRegisterClass::contains(const CodeGenRegister *Reg) const {
768   return Members.count(Reg);
769 }
770
771 namespace llvm {
772   raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const CodeGenRegisterClass::Key &K) {
773     OS << "{ S=" << K.SpillSize << ", A=" << K.SpillAlignment;
774     for (CodeGenRegister::Set::const_iterator I = K.Members->begin(),
775          E = K.Members->end(); I != E; ++I)
776       OS << ", " << (*I)->getName();
777     return OS << " }";
778   }
779 }
780
781 // This is a simple lexicographical order that can be used to search for sets.
782 // It is not the same as the topological order provided by TopoOrderRC.
783 bool CodeGenRegisterClass::Key::
784 operator<(const CodeGenRegisterClass::Key &B) const {
785   assert(Members && B.Members);
786   return std::tie(*Members, SpillSize, SpillAlignment) <
787          std::tie(*B.Members, B.SpillSize, B.SpillAlignment);
788 }
789
790 // Returns true if RC is a strict subclass.
791 // RC is a sub-class of this class if it is a valid replacement for any
792 // instruction operand where a register of this classis required. It must
793 // satisfy these conditions:
794 //
795 // 1. All RC registers are also in this.
796 // 2. The RC spill size must not be smaller than our spill size.
797 // 3. RC spill alignment must be compatible with ours.
798 //
799 static bool testSubClass(const CodeGenRegisterClass *A,
800                          const CodeGenRegisterClass *B) {
801   return A->SpillAlignment && B->SpillAlignment % A->SpillAlignment == 0 &&
802     A->SpillSize <= B->SpillSize &&
803     std::includes(A->getMembers().begin(), A->getMembers().end(),
804                   B->getMembers().begin(), B->getMembers().end(),
805                   CodeGenRegister::Less());
806 }
807
808 /// Sorting predicate for register classes.  This provides a topological
809 /// ordering that arranges all register classes before their sub-classes.
810 ///
811 /// Register classes with the same registers, spill size, and alignment form a
812 /// clique.  They will be ordered alphabetically.
813 ///
814 static bool TopoOrderRC(const CodeGenRegisterClass &PA,
815                         const CodeGenRegisterClass &PB) {
816   auto *A = &PA;
817   auto *B = &PB;
818   if (A == B)
819     return 0;
820
821   // Order by ascending spill size.
822   if (A->SpillSize < B->SpillSize)
823     return true;
824   if (A->SpillSize > B->SpillSize)
825     return false;
826
827   // Order by ascending spill alignment.
828   if (A->SpillAlignment < B->SpillAlignment)
829     return true;
830   if (A->SpillAlignment > B->SpillAlignment)
831     return false;
832
833   // Order by descending set size.  Note that the classes' allocation order may
834   // not have been computed yet.  The Members set is always vaild.
835   if (A->getMembers().size() > B->getMembers().size())
836     return true;
837   if (A->getMembers().size() < B->getMembers().size())
838     return false;
839
840   // Finally order by name as a tie breaker.
841   return StringRef(A->getName()) < B->getName();
842 }
843
844 std::string CodeGenRegisterClass::getQualifiedName() const {
845   if (Namespace.empty())
846     return getName();
847   else
848     return Namespace + "::" + getName();
849 }
850
851 // Compute sub-classes of all register classes.
852 // Assume the classes are ordered topologically.
853 void CodeGenRegisterClass::computeSubClasses(CodeGenRegBank &RegBank) {
854   auto &RegClasses = RegBank.getRegClasses();
855
856   // Visit backwards so sub-classes are seen first.
857   for (auto I = RegClasses.rbegin(), E = RegClasses.rend(); I != E; ++I) {
858     CodeGenRegisterClass &RC = *I;
859     RC.SubClasses.resize(RegClasses.size());
860     RC.SubClasses.set(RC.EnumValue);
861
862     // Normally, all subclasses have IDs >= rci, unless RC is part of a clique.
863     for (auto I2 = I.base(), E2 = RegClasses.end(); I2 != E2; ++I2) {
864       CodeGenRegisterClass &SubRC = *I2;
865       if (RC.SubClasses.test(SubRC.EnumValue))
866         continue;
867       if (!testSubClass(&RC, &SubRC))
868         continue;
869       // SubRC is a sub-class. Grap all its sub-classes so we won't have to
870       // check them again.
871       RC.SubClasses |= SubRC.SubClasses;
872     }
873
874     // Sweep up missed clique members.  They will be immediately preceding RC.
875     for (auto I2 = std::next(I); I2 != E && testSubClass(&RC, &*I2); ++I2)
876       RC.SubClasses.set(I2->EnumValue);
877   }
878
879   // Compute the SuperClasses lists from the SubClasses vectors.
880   for (auto &RC : RegClasses) {
881     const BitVector &SC = RC.getSubClasses();
882     auto I = RegClasses.begin();
883     for (int s = 0, next_s = SC.find_first(); next_s != -1;
884          next_s = SC.find_next(s)) {
885       std::advance(I, next_s - s);
886       s = next_s;
887       if (&*I == &RC)
888         continue;
889       I->SuperClasses.push_back(&RC);
890     }
891   }
892
893   // With the class hierarchy in place, let synthesized register classes inherit
894   // properties from their closest super-class. The iteration order here can
895   // propagate properties down multiple levels.
896   for (auto &RC : RegClasses)
897     if (!RC.getDef())
898       RC.inheritProperties(RegBank);
899 }
900
901 void CodeGenRegisterClass::getSuperRegClasses(const CodeGenSubRegIndex *SubIdx,
902                                               BitVector &Out) const {
903   auto FindI = SuperRegClasses.find(SubIdx);
904   if (FindI == SuperRegClasses.end())
905     return;
906   for (CodeGenRegisterClass *RC : FindI->second)
907     Out.set(RC->EnumValue);
908 }
909
910 // Populate a unique sorted list of units from a register set.
911 void CodeGenRegisterClass::buildRegUnitSet(
912   std::vector<unsigned> &RegUnits) const {
913   std::vector<unsigned> TmpUnits;
914   for (RegUnitIterator UnitI(Members); UnitI.isValid(); ++UnitI)
915     TmpUnits.push_back(*UnitI);
916   std::sort(TmpUnits.begin(), TmpUnits.end());
917   std::unique_copy(TmpUnits.begin(), TmpUnits.end(),
918                    std::back_inserter(RegUnits));
919 }
920
921 //===----------------------------------------------------------------------===//
922 //                               CodeGenRegBank
923 //===----------------------------------------------------------------------===//
924
925 CodeGenRegBank::CodeGenRegBank(RecordKeeper &Records) {
926   // Configure register Sets to understand register classes and tuples.
927   Sets.addFieldExpander("RegisterClass", "MemberList");
928   Sets.addFieldExpander("CalleeSavedRegs", "SaveList");
929   Sets.addExpander("RegisterTuples", new TupleExpander());
930
931   // Read in the user-defined (named) sub-register indices.
932   // More indices will be synthesized later.
933   std::vector<Record*> SRIs = Records.getAllDerivedDefinitions("SubRegIndex");
934   std::sort(SRIs.begin(), SRIs.end(), LessRecord());
935   for (unsigned i = 0, e = SRIs.size(); i != e; ++i)
936     getSubRegIdx(SRIs[i]);
937   // Build composite maps from ComposedOf fields.
938   for (auto &Idx : SubRegIndices)
939     Idx.updateComponents(*this);
940
941   // Read in the register definitions.
942   std::vector<Record*> Regs = Records.getAllDerivedDefinitions("Register");
943   std::sort(Regs.begin(), Regs.end(), LessRecordRegister());
944   // Assign the enumeration values.
945   for (unsigned i = 0, e = Regs.size(); i != e; ++i)
946     getReg(Regs[i]);
947
948   // Expand tuples and number the new registers.
949   std::vector<Record*> Tups =
950     Records.getAllDerivedDefinitions("RegisterTuples");
951
952   for (Record *R : Tups) {
953     std::vector<Record *> TupRegs = *Sets.expand(R);
954     std::sort(TupRegs.begin(), TupRegs.end(), LessRecordRegister());
955     for (Record *RC : TupRegs)
956       getReg(RC);
957   }
958
959   // Now all the registers are known. Build the object graph of explicit
960   // register-register references.
961   for (auto &Reg : Registers)
962     Reg.buildObjectGraph(*this);
963
964   // Compute register name map.
965   for (auto &Reg : Registers)
966     // FIXME: This could just be RegistersByName[name] = register, except that
967     // causes some failures in MIPS - perhaps they have duplicate register name
968     // entries? (or maybe there's a reason for it - I don't know much about this
969     // code, just drive-by refactoring)
970     RegistersByName.insert(
971         std::make_pair(Reg.TheDef->getValueAsString("AsmName"), &Reg));
972
973   // Precompute all sub-register maps.
974   // This will create Composite entries for all inferred sub-register indices.
975   for (auto &Reg : Registers)
976     Reg.computeSubRegs(*this);
977
978   // Infer even more sub-registers by combining leading super-registers.
979   for (auto &Reg : Registers)
980     if (Reg.CoveredBySubRegs)
981       Reg.computeSecondarySubRegs(*this);
982
983   // After the sub-register graph is complete, compute the topologically
984   // ordered SuperRegs list.
985   for (auto &Reg : Registers)
986     Reg.computeSuperRegs(*this);
987
988   // Native register units are associated with a leaf register. They've all been
989   // discovered now.
990   NumNativeRegUnits = RegUnits.size();
991
992   // Read in register class definitions.
993   std::vector<Record*> RCs = Records.getAllDerivedDefinitions("RegisterClass");
994   if (RCs.empty())
995     PrintFatalError("No 'RegisterClass' subclasses defined!");
996
997   // Allocate user-defined register classes.
998   for (auto *RC : RCs) {
999     RegClasses.push_back(CodeGenRegisterClass(*this, RC));
1000     addToMaps(&RegClasses.back());
1001   }
1002
1003   // Infer missing classes to create a full algebra.
1004   computeInferredRegisterClasses();
1005
1006   // Order register classes topologically and assign enum values.
1007   RegClasses.sort(TopoOrderRC);
1008   unsigned i = 0;
1009   for (auto &RC : RegClasses)
1010     RC.EnumValue = i++;
1011   CodeGenRegisterClass::computeSubClasses(*this);
1012 }
1013
1014 // Create a synthetic CodeGenSubRegIndex without a corresponding Record.
1015 CodeGenSubRegIndex*
1016 CodeGenRegBank::createSubRegIndex(StringRef Name, StringRef Namespace) {
1017   SubRegIndices.emplace_back(Name, Namespace, SubRegIndices.size() + 1);
1018   return &SubRegIndices.back();
1019 }
1020
1021 CodeGenSubRegIndex *CodeGenRegBank::getSubRegIdx(Record *Def) {
1022   CodeGenSubRegIndex *&Idx = Def2SubRegIdx[Def];
1023   if (Idx)
1024     return Idx;
1025   SubRegIndices.emplace_back(Def, SubRegIndices.size() + 1);
1026   Idx = &SubRegIndices.back();
1027   return Idx;
1028 }
1029
1030 CodeGenRegister *CodeGenRegBank::getReg(Record *Def) {
1031   CodeGenRegister *&Reg = Def2Reg[Def];
1032   if (Reg)
1033     return Reg;
1034   Registers.emplace_back(Def, Registers.size() + 1);
1035   Reg = &Registers.back();
1036   return Reg;
1037 }
1038
1039 void CodeGenRegBank::addToMaps(CodeGenRegisterClass *RC) {
1040   if (Record *Def = RC->getDef())
1041     Def2RC.insert(std::make_pair(Def, RC));
1042
1043   // Duplicate classes are rejected by insert().
1044   // That's OK, we only care about the properties handled by CGRC::Key.
1045   CodeGenRegisterClass::Key K(*RC);
1046   Key2RC.insert(std::make_pair(K, RC));
1047 }
1048
1049 // Create a synthetic sub-class if it is missing.
1050 CodeGenRegisterClass*
1051 CodeGenRegBank::getOrCreateSubClass(const CodeGenRegisterClass *RC,
1052                                     const CodeGenRegister::Set *Members,
1053                                     StringRef Name) {
1054   // Synthetic sub-class has the same size and alignment as RC.
1055   CodeGenRegisterClass::Key K(Members, RC->SpillSize, RC->SpillAlignment);
1056   RCKeyMap::const_iterator FoundI = Key2RC.find(K);
1057   if (FoundI != Key2RC.end())
1058     return FoundI->second;
1059
1060   // Sub-class doesn't exist, create a new one.
1061   RegClasses.push_back(CodeGenRegisterClass(*this, Name, K));
1062   addToMaps(&RegClasses.back());
1063   return &RegClasses.back();
1064 }
1065
1066 CodeGenRegisterClass *CodeGenRegBank::getRegClass(Record *Def) {
1067   if (CodeGenRegisterClass *RC = Def2RC[Def])
1068     return RC;
1069
1070   PrintFatalError(Def->getLoc(), "Not a known RegisterClass!");
1071 }
1072
1073 CodeGenSubRegIndex*
1074 CodeGenRegBank::getCompositeSubRegIndex(CodeGenSubRegIndex *A,
1075                                         CodeGenSubRegIndex *B) {
1076   // Look for an existing entry.
1077   CodeGenSubRegIndex *Comp = A->compose(B);
1078   if (Comp)
1079     return Comp;
1080
1081   // None exists, synthesize one.
1082   std::string Name = A->getName() + "_then_" + B->getName();
1083   Comp = createSubRegIndex(Name, A->getNamespace());
1084   A->addComposite(B, Comp);
1085   return Comp;
1086 }
1087
1088 CodeGenSubRegIndex *CodeGenRegBank::
1089 getConcatSubRegIndex(const SmallVector<CodeGenSubRegIndex *, 8> &Parts) {
1090   assert(Parts.size() > 1 && "Need two parts to concatenate");
1091
1092   // Look for an existing entry.
1093   CodeGenSubRegIndex *&Idx = ConcatIdx[Parts];
1094   if (Idx)
1095     return Idx;
1096
1097   // None exists, synthesize one.
1098   std::string Name = Parts.front()->getName();
1099   // Determine whether all parts are contiguous.
1100   bool isContinuous = true;
1101   unsigned Size = Parts.front()->Size;
1102   unsigned LastOffset = Parts.front()->Offset;
1103   unsigned LastSize = Parts.front()->Size;
1104   for (unsigned i = 1, e = Parts.size(); i != e; ++i) {
1105     Name += '_';
1106     Name += Parts[i]->getName();
1107     Size += Parts[i]->Size;
1108     if (Parts[i]->Offset != (LastOffset + LastSize))
1109       isContinuous = false;
1110     LastOffset = Parts[i]->Offset;
1111     LastSize = Parts[i]->Size;
1112   }
1113   Idx = createSubRegIndex(Name, Parts.front()->getNamespace());
1114   Idx->Size = Size;
1115   Idx->Offset = isContinuous ? Parts.front()->Offset : -1;
1116   return Idx;
1117 }
1118
1119 void CodeGenRegBank::computeComposites() {
1120   // Keep track of TopoSigs visited. We only need to visit each TopoSig once,
1121   // and many registers will share TopoSigs on regular architectures.
1122   BitVector TopoSigs(getNumTopoSigs());
1123
1124   for (const auto &Reg1 : Registers) {
1125     // Skip identical subreg structures already processed.
1126     if (TopoSigs.test(Reg1.getTopoSig()))
1127       continue;
1128     TopoSigs.set(Reg1.getTopoSig());
1129
1130     const CodeGenRegister::SubRegMap &SRM1 = Reg1.getSubRegs();
1131     for (CodeGenRegister::SubRegMap::const_iterator i1 = SRM1.begin(),
1132          e1 = SRM1.end(); i1 != e1; ++i1) {
1133       CodeGenSubRegIndex *Idx1 = i1->first;
1134       CodeGenRegister *Reg2 = i1->second;
1135       // Ignore identity compositions.
1136       if (&Reg1 == Reg2)
1137         continue;
1138       const CodeGenRegister::SubRegMap &SRM2 = Reg2->getSubRegs();
1139       // Try composing Idx1 with another SubRegIndex.
1140       for (CodeGenRegister::SubRegMap::const_iterator i2 = SRM2.begin(),
1141            e2 = SRM2.end(); i2 != e2; ++i2) {
1142         CodeGenSubRegIndex *Idx2 = i2->first;
1143         CodeGenRegister *Reg3 = i2->second;
1144         // Ignore identity compositions.
1145         if (Reg2 == Reg3)
1146           continue;
1147         // OK Reg1:IdxPair == Reg3. Find the index with Reg:Idx == Reg3.
1148         CodeGenSubRegIndex *Idx3 = Reg1.getSubRegIndex(Reg3);
1149         assert(Idx3 && "Sub-register doesn't have an index");
1150
1151         // Conflicting composition? Emit a warning but allow it.
1152         if (CodeGenSubRegIndex *Prev = Idx1->addComposite(Idx2, Idx3))
1153           PrintWarning(Twine("SubRegIndex ") + Idx1->getQualifiedName() +
1154                        " and " + Idx2->getQualifiedName() +
1155                        " compose ambiguously as " + Prev->getQualifiedName() +
1156                        " or " + Idx3->getQualifiedName());
1157       }
1158     }
1159   }
1160 }
1161
1162 // Compute lane masks. This is similar to register units, but at the
1163 // sub-register index level. Each bit in the lane mask is like a register unit
1164 // class, and two lane masks will have a bit in common if two sub-register
1165 // indices overlap in some register.
1166 //
1167 // Conservatively share a lane mask bit if two sub-register indices overlap in
1168 // some registers, but not in others. That shouldn't happen a lot.
1169 void CodeGenRegBank::computeSubRegLaneMasks() {
1170   // First assign individual bits to all the leaf indices.
1171   unsigned Bit = 0;
1172   // Determine mask of lanes that cover their registers.
1173   CoveringLanes = ~0u;
1174   for (auto &Idx : SubRegIndices) {
1175     if (Idx.getComposites().empty()) {
1176       Idx.LaneMask = 1u << Bit;
1177       // Share bit 31 in the unlikely case there are more than 32 leafs.
1178       //
1179       // Sharing bits is harmless; it allows graceful degradation in targets
1180       // with more than 32 vector lanes. They simply get a limited resolution
1181       // view of lanes beyond the 32nd.
1182       //
1183       // See also the comment for getSubRegIndexLaneMask().
1184       if (Bit < 31)
1185         ++Bit;
1186       else
1187         // Once bit 31 is shared among multiple leafs, the 'lane' it represents
1188         // is no longer covering its registers.
1189         CoveringLanes &= ~(1u << Bit);
1190     } else {
1191       Idx.LaneMask = 0;
1192     }
1193   }
1194
1195   // Compute transformation sequences for composeSubRegIndexLaneMask. The idea
1196   // here is that for each possible target subregister we look at the leafs
1197   // in the subregister graph that compose for this target and create
1198   // transformation sequences for the lanemasks. Each step in the sequence
1199   // consists of a bitmask and a bitrotate operation. As the rotation amounts
1200   // are usually the same for many subregisters we can easily combine the steps
1201   // by combining the masks.
1202   for (const auto &Idx : SubRegIndices) {
1203     const auto &Composites = Idx.getComposites();
1204     auto &LaneTransforms = Idx.CompositionLaneMaskTransform;
1205     // Go through all leaf subregisters and find the ones that compose with Idx.
1206     // These make out all possible valid bits in the lane mask we want to
1207     // transform. Looking only at the leafs ensure that only a single bit in
1208     // the mask is set.
1209     unsigned NextBit = 0;
1210     for (auto &Idx2 : SubRegIndices) {
1211       // Skip non-leaf subregisters.
1212       if (!Idx2.getComposites().empty())
1213         continue;
1214       // Replicate the behaviour from the lane mask generation loop above.
1215       unsigned SrcBit = NextBit;
1216       unsigned SrcMask = 1u << SrcBit;
1217       if (NextBit < 31)
1218         ++NextBit;
1219       assert(Idx2.LaneMask == SrcMask);
1220
1221       // Get the composed subregister if there is any.
1222       auto C = Composites.find(&Idx2);
1223       if (C == Composites.end())
1224         continue;
1225       const CodeGenSubRegIndex *Composite = C->second;
1226       // The Composed subreg should be a leaf subreg too
1227       assert(Composite->getComposites().empty());
1228
1229       // Create Mask+Rotate operation and merge with existing ops if possible.
1230       unsigned DstBit = Log2_32(Composite->LaneMask);
1231       int Shift = DstBit - SrcBit;
1232       uint8_t RotateLeft = Shift >= 0 ? (uint8_t)Shift : 32+Shift;
1233       for (auto &I : LaneTransforms) {
1234         if (I.RotateLeft == RotateLeft) {
1235           I.Mask |= SrcMask;
1236           SrcMask = 0;
1237         }
1238       }
1239       if (SrcMask != 0) {
1240         MaskRolPair MaskRol = { SrcMask, RotateLeft };
1241         LaneTransforms.push_back(MaskRol);
1242       }
1243     }
1244     // Optimize if the transformation consists of one step only: Set mask to
1245     // 0xffffffff (including some irrelevant invalid bits) so that it should
1246     // merge with more entries later while compressing the table.
1247     if (LaneTransforms.size() == 1)
1248       LaneTransforms[0].Mask = ~0u;
1249
1250     // Further compression optimization: For invalid compositions resulting
1251     // in a sequence with 0 entries we can just pick any other. Choose
1252     // Mask 0xffffffff with Rotation 0.
1253     if (LaneTransforms.size() == 0) {
1254       MaskRolPair P = { ~0u, 0 };
1255       LaneTransforms.push_back(P);
1256     }
1257   }
1258
1259   // FIXME: What if ad-hoc aliasing introduces overlaps that aren't represented
1260   // by the sub-register graph? This doesn't occur in any known targets.
1261
1262   // Inherit lanes from composites.
1263   for (const auto &Idx : SubRegIndices) {
1264     unsigned Mask = Idx.computeLaneMask();
1265     // If some super-registers without CoveredBySubRegs use this index, we can
1266     // no longer assume that the lanes are covering their registers.
1267     if (!Idx.AllSuperRegsCovered)
1268       CoveringLanes &= ~Mask;
1269   }
1270
1271   // Compute lane mask combinations for register classes.
1272   for (auto &RegClass : RegClasses) {
1273     unsigned LaneMask = 0;
1274     for (const auto &SubRegIndex : SubRegIndices) {
1275       if (RegClass.getSubClassWithSubReg(&SubRegIndex) != &RegClass)
1276         continue;
1277       LaneMask |= SubRegIndex.LaneMask;
1278     }
1279     RegClass.LaneMask = LaneMask;
1280   }
1281 }
1282
1283 namespace {
1284 // UberRegSet is a helper class for computeRegUnitWeights. Each UberRegSet is
1285 // the transitive closure of the union of overlapping register
1286 // classes. Together, the UberRegSets form a partition of the registers. If we
1287 // consider overlapping register classes to be connected, then each UberRegSet
1288 // is a set of connected components.
1289 //
1290 // An UberRegSet will likely be a horizontal slice of register names of
1291 // the same width. Nontrivial subregisters should then be in a separate
1292 // UberRegSet. But this property isn't required for valid computation of
1293 // register unit weights.
1294 //
1295 // A Weight field caches the max per-register unit weight in each UberRegSet.
1296 //
1297 // A set of SingularDeterminants flags single units of some register in this set
1298 // for which the unit weight equals the set weight. These units should not have
1299 // their weight increased.
1300 struct UberRegSet {
1301   CodeGenRegister::Set Regs;
1302   unsigned Weight;
1303   CodeGenRegister::RegUnitList SingularDeterminants;
1304
1305   UberRegSet(): Weight(0) {}
1306 };
1307 } // namespace
1308
1309 // Partition registers into UberRegSets, where each set is the transitive
1310 // closure of the union of overlapping register classes.
1311 //
1312 // UberRegSets[0] is a special non-allocatable set.
1313 static void computeUberSets(std::vector<UberRegSet> &UberSets,
1314                             std::vector<UberRegSet*> &RegSets,
1315                             CodeGenRegBank &RegBank) {
1316
1317   const auto &Registers = RegBank.getRegisters();
1318
1319   // The Register EnumValue is one greater than its index into Registers.
1320   assert(Registers.size() == Registers.back().EnumValue &&
1321          "register enum value mismatch");
1322
1323   // For simplicitly make the SetID the same as EnumValue.
1324   IntEqClasses UberSetIDs(Registers.size()+1);
1325   std::set<unsigned> AllocatableRegs;
1326   for (auto &RegClass : RegBank.getRegClasses()) {
1327     if (!RegClass.Allocatable)
1328       continue;
1329
1330     const CodeGenRegister::Set &Regs = RegClass.getMembers();
1331     if (Regs.empty())
1332       continue;
1333
1334     unsigned USetID = UberSetIDs.findLeader((*Regs.begin())->EnumValue);
1335     assert(USetID && "register number 0 is invalid");
1336
1337     AllocatableRegs.insert((*Regs.begin())->EnumValue);
1338     for (CodeGenRegister::Set::const_iterator I = std::next(Regs.begin()),
1339            E = Regs.end(); I != E; ++I) {
1340       AllocatableRegs.insert((*I)->EnumValue);
1341       UberSetIDs.join(USetID, (*I)->EnumValue);
1342     }
1343   }
1344   // Combine non-allocatable regs.
1345   for (const auto &Reg : Registers) {
1346     unsigned RegNum = Reg.EnumValue;
1347     if (AllocatableRegs.count(RegNum))
1348       continue;
1349
1350     UberSetIDs.join(0, RegNum);
1351   }
1352   UberSetIDs.compress();
1353
1354   // Make the first UberSet a special unallocatable set.
1355   unsigned ZeroID = UberSetIDs[0];
1356
1357   // Insert Registers into the UberSets formed by union-find.
1358   // Do not resize after this.
1359   UberSets.resize(UberSetIDs.getNumClasses());
1360   unsigned i = 0;
1361   for (const CodeGenRegister &Reg : Registers) {
1362     unsigned USetID = UberSetIDs[Reg.EnumValue];
1363     if (!USetID)
1364       USetID = ZeroID;
1365     else if (USetID == ZeroID)
1366       USetID = 0;
1367
1368     UberRegSet *USet = &UberSets[USetID];
1369     USet->Regs.insert(&Reg);
1370     RegSets[i++] = USet;
1371   }
1372 }
1373
1374 // Recompute each UberSet weight after changing unit weights.
1375 static void computeUberWeights(std::vector<UberRegSet> &UberSets,
1376                                CodeGenRegBank &RegBank) {
1377   // Skip the first unallocatable set.
1378   for (std::vector<UberRegSet>::iterator I = std::next(UberSets.begin()),
1379          E = UberSets.end(); I != E; ++I) {
1380
1381     // Initialize all unit weights in this set, and remember the max units/reg.
1382     const CodeGenRegister *Reg = nullptr;
1383     unsigned MaxWeight = 0, Weight = 0;
1384     for (RegUnitIterator UnitI(I->Regs); UnitI.isValid(); ++UnitI) {
1385       if (Reg != UnitI.getReg()) {
1386         if (Weight > MaxWeight)
1387           MaxWeight = Weight;
1388         Reg = UnitI.getReg();
1389         Weight = 0;
1390       }
1391       unsigned UWeight = RegBank.getRegUnit(*UnitI).Weight;
1392       if (!UWeight) {
1393         UWeight = 1;
1394         RegBank.increaseRegUnitWeight(*UnitI, UWeight);
1395       }
1396       Weight += UWeight;
1397     }
1398     if (Weight > MaxWeight)
1399       MaxWeight = Weight;
1400     if (I->Weight != MaxWeight) {
1401       DEBUG(
1402         dbgs() << "UberSet " << I - UberSets.begin() << " Weight " << MaxWeight;
1403         for (auto &Unit : I->Regs)
1404           dbgs() << " " << Unit->getName();
1405         dbgs() << "\n");
1406       // Update the set weight.
1407       I->Weight = MaxWeight;
1408     }
1409
1410     // Find singular determinants.
1411     for (CodeGenRegister::Set::iterator RegI = I->Regs.begin(),
1412            RegE = I->Regs.end(); RegI != RegE; ++RegI) {
1413       if ((*RegI)->getRegUnits().size() == 1
1414           && (*RegI)->getWeight(RegBank) == I->Weight)
1415         mergeRegUnits(I->SingularDeterminants, (*RegI)->getRegUnits());
1416     }
1417   }
1418 }
1419
1420 // normalizeWeight is a computeRegUnitWeights helper that adjusts the weight of
1421 // a register and its subregisters so that they have the same weight as their
1422 // UberSet. Self-recursion processes the subregister tree in postorder so
1423 // subregisters are normalized first.
1424 //
1425 // Side effects:
1426 // - creates new adopted register units
1427 // - causes superregisters to inherit adopted units
1428 // - increases the weight of "singular" units
1429 // - induces recomputation of UberWeights.
1430 static bool normalizeWeight(CodeGenRegister *Reg,
1431                             std::vector<UberRegSet> &UberSets,
1432                             std::vector<UberRegSet*> &RegSets,
1433                             std::set<unsigned> &NormalRegs,
1434                             CodeGenRegister::RegUnitList &NormalUnits,
1435                             CodeGenRegBank &RegBank) {
1436   bool Changed = false;
1437   if (!NormalRegs.insert(Reg->EnumValue).second)
1438     return Changed;
1439
1440   const CodeGenRegister::SubRegMap &SRM = Reg->getSubRegs();
1441   for (CodeGenRegister::SubRegMap::const_iterator SRI = SRM.begin(),
1442          SRE = SRM.end(); SRI != SRE; ++SRI) {
1443     if (SRI->second == Reg)
1444       continue; // self-cycles happen
1445
1446     Changed |= normalizeWeight(SRI->second, UberSets, RegSets,
1447                                NormalRegs, NormalUnits, RegBank);
1448   }
1449   // Postorder register normalization.
1450
1451   // Inherit register units newly adopted by subregisters.
1452   if (Reg->inheritRegUnits(RegBank))
1453     computeUberWeights(UberSets, RegBank);
1454
1455   // Check if this register is too skinny for its UberRegSet.
1456   UberRegSet *UberSet = RegSets[RegBank.getRegIndex(Reg)];
1457
1458   unsigned RegWeight = Reg->getWeight(RegBank);
1459   if (UberSet->Weight > RegWeight) {
1460     // A register unit's weight can be adjusted only if it is the singular unit
1461     // for this register, has not been used to normalize a subregister's set,
1462     // and has not already been used to singularly determine this UberRegSet.
1463     unsigned AdjustUnit = Reg->getRegUnits().front();
1464     if (Reg->getRegUnits().size() != 1
1465         || hasRegUnit(NormalUnits, AdjustUnit)
1466         || hasRegUnit(UberSet->SingularDeterminants, AdjustUnit)) {
1467       // We don't have an adjustable unit, so adopt a new one.
1468       AdjustUnit = RegBank.newRegUnit(UberSet->Weight - RegWeight);
1469       Reg->adoptRegUnit(AdjustUnit);
1470       // Adopting a unit does not immediately require recomputing set weights.
1471     }
1472     else {
1473       // Adjust the existing single unit.
1474       RegBank.increaseRegUnitWeight(AdjustUnit, UberSet->Weight - RegWeight);
1475       // The unit may be shared among sets and registers within this set.
1476       computeUberWeights(UberSets, RegBank);
1477     }
1478     Changed = true;
1479   }
1480
1481   // Mark these units normalized so superregisters can't change their weights.
1482   mergeRegUnits(NormalUnits, Reg->getRegUnits());
1483
1484   return Changed;
1485 }
1486
1487 // Compute a weight for each register unit created during getSubRegs.
1488 //
1489 // The goal is that two registers in the same class will have the same weight,
1490 // where each register's weight is defined as sum of its units' weights.
1491 void CodeGenRegBank::computeRegUnitWeights() {
1492   std::vector<UberRegSet> UberSets;
1493   std::vector<UberRegSet*> RegSets(Registers.size());
1494   computeUberSets(UberSets, RegSets, *this);
1495   // UberSets and RegSets are now immutable.
1496
1497   computeUberWeights(UberSets, *this);
1498
1499   // Iterate over each Register, normalizing the unit weights until reaching
1500   // a fix point.
1501   unsigned NumIters = 0;
1502   for (bool Changed = true; Changed; ++NumIters) {
1503     assert(NumIters <= NumNativeRegUnits && "Runaway register unit weights");
1504     Changed = false;
1505     for (auto &Reg : Registers) {
1506       CodeGenRegister::RegUnitList NormalUnits;
1507       std::set<unsigned> NormalRegs;
1508       Changed |= normalizeWeight(&Reg, UberSets, RegSets, NormalRegs,
1509                                  NormalUnits, *this);
1510     }
1511   }
1512 }
1513
1514 // Find a set in UniqueSets with the same elements as Set.
1515 // Return an iterator into UniqueSets.
1516 static std::vector<RegUnitSet>::const_iterator
1517 findRegUnitSet(const std::vector<RegUnitSet> &UniqueSets,
1518                const RegUnitSet &Set) {
1519   std::vector<RegUnitSet>::const_iterator
1520     I = UniqueSets.begin(), E = UniqueSets.end();
1521   for(;I != E; ++I) {
1522     if (I->Units == Set.Units)
1523       break;
1524   }
1525   return I;
1526 }
1527
1528 // Return true if the RUSubSet is a subset of RUSuperSet.
1529 static bool isRegUnitSubSet(const std::vector<unsigned> &RUSubSet,
1530                             const std::vector<unsigned> &RUSuperSet) {
1531   return std::includes(RUSuperSet.begin(), RUSuperSet.end(),
1532                        RUSubSet.begin(), RUSubSet.end());
1533 }
1534
1535 /// Iteratively prune unit sets. Prune subsets that are close to the superset,
1536 /// but with one or two registers removed. We occasionally have registers like
1537 /// APSR and PC thrown in with the general registers. We also see many
1538 /// special-purpose register subsets, such as tail-call and Thumb
1539 /// encodings. Generating all possible overlapping sets is combinatorial and
1540 /// overkill for modeling pressure. Ideally we could fix this statically in
1541 /// tablegen by (1) having the target define register classes that only include
1542 /// the allocatable registers and marking other classes as non-allocatable and
1543 /// (2) having a way to mark special purpose classes as "don't-care" classes for
1544 /// the purpose of pressure.  However, we make an attempt to handle targets that
1545 /// are not nicely defined by merging nearly identical register unit sets
1546 /// statically. This generates smaller tables. Then, dynamically, we adjust the
1547 /// set limit by filtering the reserved registers.
1548 ///
1549 /// Merge sets only if the units have the same weight. For example, on ARM,
1550 /// Q-tuples with ssub index 0 include all S regs but also include D16+. We
1551 /// should not expand the S set to include D regs.
1552 void CodeGenRegBank::pruneUnitSets() {
1553   assert(RegClassUnitSets.empty() && "this invalidates RegClassUnitSets");
1554
1555   // Form an equivalence class of UnitSets with no significant difference.
1556   std::vector<unsigned> SuperSetIDs;
1557   for (unsigned SubIdx = 0, EndIdx = RegUnitSets.size();
1558        SubIdx != EndIdx; ++SubIdx) {
1559     const RegUnitSet &SubSet = RegUnitSets[SubIdx];
1560     unsigned SuperIdx = 0;
1561     for (; SuperIdx != EndIdx; ++SuperIdx) {
1562       if (SuperIdx == SubIdx)
1563         continue;
1564
1565       unsigned UnitWeight = RegUnits[SubSet.Units[0]].Weight;
1566       const RegUnitSet &SuperSet = RegUnitSets[SuperIdx];
1567       if (isRegUnitSubSet(SubSet.Units, SuperSet.Units)
1568           && (SubSet.Units.size() + 3 > SuperSet.Units.size())
1569           && UnitWeight == RegUnits[SuperSet.Units[0]].Weight
1570           && UnitWeight == RegUnits[SuperSet.Units.back()].Weight) {
1571         DEBUG(dbgs() << "UnitSet " << SubIdx << " subsumed by " << SuperIdx
1572               << "\n");
1573         break;
1574       }
1575     }
1576     if (SuperIdx == EndIdx)
1577       SuperSetIDs.push_back(SubIdx);
1578   }
1579   // Populate PrunedUnitSets with each equivalence class's superset.
1580   std::vector<RegUnitSet> PrunedUnitSets(SuperSetIDs.size());
1581   for (unsigned i = 0, e = SuperSetIDs.size(); i != e; ++i) {
1582     unsigned SuperIdx = SuperSetIDs[i];
1583     PrunedUnitSets[i].Name = RegUnitSets[SuperIdx].Name;
1584     PrunedUnitSets[i].Units.swap(RegUnitSets[SuperIdx].Units);
1585   }
1586   RegUnitSets.swap(PrunedUnitSets);
1587 }
1588
1589 // Create a RegUnitSet for each RegClass that contains all units in the class
1590 // including adopted units that are necessary to model register pressure. Then
1591 // iteratively compute RegUnitSets such that the union of any two overlapping
1592 // RegUnitSets is repreresented.
1593 //
1594 // RegisterInfoEmitter will map each RegClass to its RegUnitClass and any
1595 // RegUnitSet that is a superset of that RegUnitClass.
1596 void CodeGenRegBank::computeRegUnitSets() {
1597   assert(RegUnitSets.empty() && "dirty RegUnitSets");
1598
1599   // Compute a unique RegUnitSet for each RegClass.
1600   auto &RegClasses = getRegClasses();
1601   for (auto &RC : RegClasses) {
1602     if (!RC.Allocatable)
1603       continue;
1604
1605     // Speculatively grow the RegUnitSets to hold the new set.
1606     RegUnitSets.resize(RegUnitSets.size() + 1);
1607     RegUnitSets.back().Name = RC.getName();
1608
1609     // Compute a sorted list of units in this class.
1610     RC.buildRegUnitSet(RegUnitSets.back().Units);
1611
1612     // Find an existing RegUnitSet.
1613     std::vector<RegUnitSet>::const_iterator SetI =
1614       findRegUnitSet(RegUnitSets, RegUnitSets.back());
1615     if (SetI != std::prev(RegUnitSets.end()))
1616       RegUnitSets.pop_back();
1617   }
1618
1619   DEBUG(dbgs() << "\nBefore pruning:\n";
1620         for (unsigned USIdx = 0, USEnd = RegUnitSets.size();
1621              USIdx < USEnd; ++USIdx) {
1622           dbgs() << "UnitSet " << USIdx << " " << RegUnitSets[USIdx].Name
1623                  << ":";
1624           for (auto &U : RegUnitSets[USIdx].Units)
1625             dbgs() << " " << RegUnits[U].Roots[0]->getName();
1626           dbgs() << "\n";
1627         });
1628
1629   // Iteratively prune unit sets.
1630   pruneUnitSets();
1631
1632   DEBUG(dbgs() << "\nBefore union:\n";
1633         for (unsigned USIdx = 0, USEnd = RegUnitSets.size();
1634              USIdx < USEnd; ++USIdx) {
1635           dbgs() << "UnitSet " << USIdx << " " << RegUnitSets[USIdx].Name
1636                  << ":";
1637           for (auto &U : RegUnitSets[USIdx].Units)
1638             dbgs() << " " << RegUnits[U].Roots[0]->getName();
1639           dbgs() << "\n";
1640         }
1641         dbgs() << "\nUnion sets:\n");
1642
1643   // Iterate over all unit sets, including new ones added by this loop.
1644   unsigned NumRegUnitSubSets = RegUnitSets.size();
1645   for (unsigned Idx = 0, EndIdx = RegUnitSets.size(); Idx != EndIdx; ++Idx) {
1646     // In theory, this is combinatorial. In practice, it needs to be bounded
1647     // by a small number of sets for regpressure to be efficient.
1648     // If the assert is hit, we need to implement pruning.
1649     assert(Idx < (2*NumRegUnitSubSets) && "runaway unit set inference");
1650
1651     // Compare new sets with all original classes.
1652     for (unsigned SearchIdx = (Idx >= NumRegUnitSubSets) ? 0 : Idx+1;
1653          SearchIdx != EndIdx; ++SearchIdx) {
1654       std::set<unsigned> Intersection;
1655       std::set_intersection(RegUnitSets[Idx].Units.begin(),
1656                             RegUnitSets[Idx].Units.end(),
1657                             RegUnitSets[SearchIdx].Units.begin(),
1658                             RegUnitSets[SearchIdx].Units.end(),
1659                             std::inserter(Intersection, Intersection.begin()));
1660       if (Intersection.empty())
1661         continue;
1662
1663       // Speculatively grow the RegUnitSets to hold the new set.
1664       RegUnitSets.resize(RegUnitSets.size() + 1);
1665       RegUnitSets.back().Name =
1666         RegUnitSets[Idx].Name + "+" + RegUnitSets[SearchIdx].Name;
1667
1668       std::set_union(RegUnitSets[Idx].Units.begin(),
1669                      RegUnitSets[Idx].Units.end(),
1670                      RegUnitSets[SearchIdx].Units.begin(),
1671                      RegUnitSets[SearchIdx].Units.end(),
1672                      std::inserter(RegUnitSets.back().Units,
1673                                    RegUnitSets.back().Units.begin()));
1674
1675       // Find an existing RegUnitSet, or add the union to the unique sets.
1676       std::vector<RegUnitSet>::const_iterator SetI =
1677         findRegUnitSet(RegUnitSets, RegUnitSets.back());
1678       if (SetI != std::prev(RegUnitSets.end()))
1679         RegUnitSets.pop_back();
1680       else {
1681         DEBUG(dbgs() << "UnitSet " << RegUnitSets.size()-1
1682               << " " << RegUnitSets.back().Name << ":";
1683               for (auto &U : RegUnitSets.back().Units)
1684                 dbgs() << " " << RegUnits[U].Roots[0]->getName();
1685               dbgs() << "\n";);
1686       }
1687     }
1688   }
1689
1690   // Iteratively prune unit sets after inferring supersets.
1691   pruneUnitSets();
1692
1693   DEBUG(dbgs() << "\n";
1694         for (unsigned USIdx = 0, USEnd = RegUnitSets.size();
1695              USIdx < USEnd; ++USIdx) {
1696           dbgs() << "UnitSet " << USIdx << " " << RegUnitSets[USIdx].Name
1697                  << ":";
1698           for (auto &U : RegUnitSets[USIdx].Units)
1699             dbgs() << " " << RegUnits[U].Roots[0]->getName();
1700           dbgs() << "\n";
1701         });
1702
1703   // For each register class, list the UnitSets that are supersets.
1704   RegClassUnitSets.resize(RegClasses.size());
1705   int RCIdx = -1;
1706   for (auto &RC : RegClasses) {
1707     ++RCIdx;
1708     if (!RC.Allocatable)
1709       continue;
1710
1711     // Recompute the sorted list of units in this class.
1712     std::vector<unsigned> RCRegUnits;
1713     RC.buildRegUnitSet(RCRegUnits);
1714
1715     // Don't increase pressure for unallocatable regclasses.
1716     if (RCRegUnits.empty())
1717       continue;
1718
1719     DEBUG(dbgs() << "RC " << RC.getName() << " Units: \n";
1720           for (auto &U : RCRegUnits)
1721             dbgs() << RegUnits[U].getRoots()[0]->getName() << " ";
1722           dbgs() << "\n  UnitSetIDs:");
1723
1724     // Find all supersets.
1725     for (unsigned USIdx = 0, USEnd = RegUnitSets.size();
1726          USIdx != USEnd; ++USIdx) {
1727       if (isRegUnitSubSet(RCRegUnits, RegUnitSets[USIdx].Units)) {
1728         DEBUG(dbgs() << " " << USIdx);
1729         RegClassUnitSets[RCIdx].push_back(USIdx);
1730       }
1731     }
1732     DEBUG(dbgs() << "\n");
1733     assert(!RegClassUnitSets[RCIdx].empty() && "missing unit set for regclass");
1734   }
1735
1736   // For each register unit, ensure that we have the list of UnitSets that
1737   // contain the unit. Normally, this matches an existing list of UnitSets for a
1738   // register class. If not, we create a new entry in RegClassUnitSets as a
1739   // "fake" register class.
1740   for (unsigned UnitIdx = 0, UnitEnd = NumNativeRegUnits;
1741        UnitIdx < UnitEnd; ++UnitIdx) {
1742     std::vector<unsigned> RUSets;
1743     for (unsigned i = 0, e = RegUnitSets.size(); i != e; ++i) {
1744       RegUnitSet &RUSet = RegUnitSets[i];
1745       if (std::find(RUSet.Units.begin(), RUSet.Units.end(), UnitIdx)
1746           == RUSet.Units.end())
1747         continue;
1748       RUSets.push_back(i);
1749     }
1750     unsigned RCUnitSetsIdx = 0;
1751     for (unsigned e = RegClassUnitSets.size();
1752          RCUnitSetsIdx != e; ++RCUnitSetsIdx) {
1753       if (RegClassUnitSets[RCUnitSetsIdx] == RUSets) {
1754         break;
1755       }
1756     }
1757     RegUnits[UnitIdx].RegClassUnitSetsIdx = RCUnitSetsIdx;
1758     if (RCUnitSetsIdx == RegClassUnitSets.size()) {
1759       // Create a new list of UnitSets as a "fake" register class.
1760       RegClassUnitSets.resize(RCUnitSetsIdx + 1);
1761       RegClassUnitSets[RCUnitSetsIdx].swap(RUSets);
1762     }
1763   }
1764 }
1765
1766 void CodeGenRegBank::computeRegUnitLaneMasks() {
1767   for (auto &Register : Registers) {
1768     // Create an initial lane mask for all register units.
1769     const auto &RegUnits = Register.getRegUnits();
1770     CodeGenRegister::RegUnitLaneMaskList RegUnitLaneMasks(RegUnits.size(), 0);
1771     // Iterate through SubRegisters.
1772     typedef CodeGenRegister::SubRegMap SubRegMap;
1773     const SubRegMap &SubRegs = Register.getSubRegs();
1774     for (SubRegMap::const_iterator S = SubRegs.begin(),
1775          SE = SubRegs.end(); S != SE; ++S) {
1776       CodeGenRegister *SubReg = S->second;
1777       // Ignore non-leaf subregisters, their lane masks are fully covered by
1778       // the leaf subregisters anyway.
1779       if (SubReg->getSubRegs().size() != 0)
1780         continue;
1781       CodeGenSubRegIndex *SubRegIndex = S->first;
1782       const CodeGenRegister *SubRegister = S->second;
1783       unsigned LaneMask = SubRegIndex->LaneMask;
1784       // Distribute LaneMask to Register Units touched.
1785       for (const auto &SUI : SubRegister->getRegUnits()) {
1786         bool Found = false;
1787         for (size_t u = 0, ue = RegUnits.size(); u < ue; ++u) {
1788           if (SUI == RegUnits[u]) {
1789             RegUnitLaneMasks[u] |= LaneMask;
1790             assert(!Found);
1791             Found = true;
1792           }
1793         }
1794         assert(Found);
1795       }
1796     }
1797     Register.setRegUnitLaneMasks(RegUnitLaneMasks);
1798   }
1799 }
1800
1801 void CodeGenRegBank::computeDerivedInfo() {
1802   computeComposites();
1803   computeSubRegLaneMasks();
1804
1805   // Compute a weight for each register unit created during getSubRegs.
1806   // This may create adopted register units (with unit # >= NumNativeRegUnits).
1807   computeRegUnitWeights();
1808
1809   // Compute a unique set of RegUnitSets. One for each RegClass and inferred
1810   // supersets for the union of overlapping sets.
1811   computeRegUnitSets();
1812
1813   computeRegUnitLaneMasks();
1814
1815   // Get the weight of each set.
1816   for (unsigned Idx = 0, EndIdx = RegUnitSets.size(); Idx != EndIdx; ++Idx)
1817     RegUnitSets[Idx].Weight = getRegUnitSetWeight(RegUnitSets[Idx].Units);
1818
1819   // Find the order of each set.
1820   RegUnitSetOrder.reserve(RegUnitSets.size());
1821   for (unsigned Idx = 0, EndIdx = RegUnitSets.size(); Idx != EndIdx; ++Idx)
1822     RegUnitSetOrder.push_back(Idx);
1823
1824   std::stable_sort(RegUnitSetOrder.begin(), RegUnitSetOrder.end(),
1825                    [this](unsigned ID1, unsigned ID2) {
1826     return getRegPressureSet(ID1).Units.size() <
1827            getRegPressureSet(ID2).Units.size();
1828   });
1829   for (unsigned Idx = 0, EndIdx = RegUnitSets.size(); Idx != EndIdx; ++Idx) {
1830     RegUnitSets[RegUnitSetOrder[Idx]].Order = Idx;
1831   }
1832 }
1833
1834 //
1835 // Synthesize missing register class intersections.
1836 //
1837 // Make sure that sub-classes of RC exists such that getCommonSubClass(RC, X)
1838 // returns a maximal register class for all X.
1839 //
1840 void CodeGenRegBank::inferCommonSubClass(CodeGenRegisterClass *RC) {
1841   assert(!RegClasses.empty());
1842   // Stash the iterator to the last element so that this loop doesn't visit
1843   // elements added by the getOrCreateSubClass call within it.
1844   for (auto I = RegClasses.begin(), E = std::prev(RegClasses.end());
1845        I != std::next(E); ++I) {
1846     CodeGenRegisterClass *RC1 = RC;
1847     CodeGenRegisterClass *RC2 = &*I;
1848     if (RC1 == RC2)
1849       continue;
1850
1851     // Compute the set intersection of RC1 and RC2.
1852     const CodeGenRegister::Set &Memb1 = RC1->getMembers();
1853     const CodeGenRegister::Set &Memb2 = RC2->getMembers();
1854     CodeGenRegister::Set Intersection;
1855     std::set_intersection(Memb1.begin(), Memb1.end(),
1856                           Memb2.begin(), Memb2.end(),
1857                           std::inserter(Intersection, Intersection.begin()),
1858                           CodeGenRegister::Less());
1859
1860     // Skip disjoint class pairs.
1861     if (Intersection.empty())
1862       continue;
1863
1864     // If RC1 and RC2 have different spill sizes or alignments, use the
1865     // larger size for sub-classing.  If they are equal, prefer RC1.
1866     if (RC2->SpillSize > RC1->SpillSize ||
1867         (RC2->SpillSize == RC1->SpillSize &&
1868          RC2->SpillAlignment > RC1->SpillAlignment))
1869       std::swap(RC1, RC2);
1870
1871     getOrCreateSubClass(RC1, &Intersection,
1872                         RC1->getName() + "_and_" + RC2->getName());
1873   }
1874 }
1875
1876 //
1877 // Synthesize missing sub-classes for getSubClassWithSubReg().
1878 //
1879 // Make sure that the set of registers in RC with a given SubIdx sub-register
1880 // form a register class.  Update RC->SubClassWithSubReg.
1881 //
1882 void CodeGenRegBank::inferSubClassWithSubReg(CodeGenRegisterClass *RC) {
1883   // Map SubRegIndex to set of registers in RC supporting that SubRegIndex.
1884   typedef std::map<const CodeGenSubRegIndex *, CodeGenRegister::Set,
1885                    CodeGenSubRegIndex::Less> SubReg2SetMap;
1886
1887   // Compute the set of registers supporting each SubRegIndex.
1888   SubReg2SetMap SRSets;
1889   for (CodeGenRegister::Set::const_iterator RI = RC->getMembers().begin(),
1890        RE = RC->getMembers().end(); RI != RE; ++RI) {
1891     const CodeGenRegister::SubRegMap &SRM = (*RI)->getSubRegs();
1892     for (CodeGenRegister::SubRegMap::const_iterator I = SRM.begin(),
1893          E = SRM.end(); I != E; ++I)
1894       SRSets[I->first].insert(*RI);
1895   }
1896
1897   // Find matching classes for all SRSets entries.  Iterate in SubRegIndex
1898   // numerical order to visit synthetic indices last.
1899   for (const auto &SubIdx : SubRegIndices) {
1900     SubReg2SetMap::const_iterator I = SRSets.find(&SubIdx);
1901     // Unsupported SubRegIndex. Skip it.
1902     if (I == SRSets.end())
1903       continue;
1904     // In most cases, all RC registers support the SubRegIndex.
1905     if (I->second.size() == RC->getMembers().size()) {
1906       RC->setSubClassWithSubReg(&SubIdx, RC);
1907       continue;
1908     }
1909     // This is a real subset.  See if we have a matching class.
1910     CodeGenRegisterClass *SubRC =
1911       getOrCreateSubClass(RC, &I->second,
1912                           RC->getName() + "_with_" + I->first->getName());
1913     RC->setSubClassWithSubReg(&SubIdx, SubRC);
1914   }
1915 }
1916
1917 //
1918 // Synthesize missing sub-classes of RC for getMatchingSuperRegClass().
1919 //
1920 // Create sub-classes of RC such that getMatchingSuperRegClass(RC, SubIdx, X)
1921 // has a maximal result for any SubIdx and any X >= FirstSubRegRC.
1922 //
1923
1924 void CodeGenRegBank::inferMatchingSuperRegClass(CodeGenRegisterClass *RC,
1925                                                 std::list<CodeGenRegisterClass>::iterator FirstSubRegRC) {
1926   SmallVector<std::pair<const CodeGenRegister*,
1927                         const CodeGenRegister*>, 16> SSPairs;
1928   BitVector TopoSigs(getNumTopoSigs());
1929
1930   // Iterate in SubRegIndex numerical order to visit synthetic indices last.
1931   for (auto &SubIdx : SubRegIndices) {
1932     // Skip indexes that aren't fully supported by RC's registers. This was
1933     // computed by inferSubClassWithSubReg() above which should have been
1934     // called first.
1935     if (RC->getSubClassWithSubReg(&SubIdx) != RC)
1936       continue;
1937
1938     // Build list of (Super, Sub) pairs for this SubIdx.
1939     SSPairs.clear();
1940     TopoSigs.reset();
1941     for (CodeGenRegister::Set::const_iterator RI = RC->getMembers().begin(),
1942          RE = RC->getMembers().end(); RI != RE; ++RI) {
1943       const CodeGenRegister *Super = *RI;
1944       const CodeGenRegister *Sub = Super->getSubRegs().find(&SubIdx)->second;
1945       assert(Sub && "Missing sub-register");
1946       SSPairs.push_back(std::make_pair(Super, Sub));
1947       TopoSigs.set(Sub->getTopoSig());
1948     }
1949
1950     // Iterate over sub-register class candidates.  Ignore classes created by
1951     // this loop. They will never be useful.
1952     // Store an iterator to the last element (not end) so that this loop doesn't
1953     // visit newly inserted elements.
1954     assert(!RegClasses.empty());
1955     for (auto I = FirstSubRegRC, E = std::prev(RegClasses.end());
1956          I != std::next(E); ++I) {
1957       CodeGenRegisterClass &SubRC = *I;
1958       // Topological shortcut: SubRC members have the wrong shape.
1959       if (!TopoSigs.anyCommon(SubRC.getTopoSigs()))
1960         continue;
1961       // Compute the subset of RC that maps into SubRC.
1962       CodeGenRegister::Set SubSet;
1963       for (unsigned i = 0, e = SSPairs.size(); i != e; ++i)
1964         if (SubRC.contains(SSPairs[i].second))
1965           SubSet.insert(SSPairs[i].first);
1966       if (SubSet.empty())
1967         continue;
1968       // RC injects completely into SubRC.
1969       if (SubSet.size() == SSPairs.size()) {
1970         SubRC.addSuperRegClass(&SubIdx, RC);
1971         continue;
1972       }
1973       // Only a subset of RC maps into SubRC. Make sure it is represented by a
1974       // class.
1975       getOrCreateSubClass(RC, &SubSet, RC->getName() + "_with_" +
1976                                            SubIdx.getName() + "_in_" +
1977                                            SubRC.getName());
1978     }
1979   }
1980 }
1981
1982
1983 //
1984 // Infer missing register classes.
1985 //
1986 void CodeGenRegBank::computeInferredRegisterClasses() {
1987   assert(!RegClasses.empty());
1988   // When this function is called, the register classes have not been sorted
1989   // and assigned EnumValues yet.  That means getSubClasses(),
1990   // getSuperClasses(), and hasSubClass() functions are defunct.
1991
1992   // Use one-before-the-end so it doesn't move forward when new elements are
1993   // added.
1994   auto FirstNewRC = std::prev(RegClasses.end());
1995
1996   // Visit all register classes, including the ones being added by the loop.
1997   // Watch out for iterator invalidation here.
1998   for (auto I = RegClasses.begin(), E = RegClasses.end(); I != E; ++I) {
1999     CodeGenRegisterClass *RC = &*I;
2000
2001     // Synthesize answers for getSubClassWithSubReg().
2002     inferSubClassWithSubReg(RC);
2003
2004     // Synthesize answers for getCommonSubClass().
2005     inferCommonSubClass(RC);
2006
2007     // Synthesize answers for getMatchingSuperRegClass().
2008     inferMatchingSuperRegClass(RC);
2009
2010     // New register classes are created while this loop is running, and we need
2011     // to visit all of them.  I  particular, inferMatchingSuperRegClass needs
2012     // to match old super-register classes with sub-register classes created
2013     // after inferMatchingSuperRegClass was called.  At this point,
2014     // inferMatchingSuperRegClass has checked SuperRC = [0..rci] with SubRC =
2015     // [0..FirstNewRC).  We need to cover SubRC = [FirstNewRC..rci].
2016     if (I == FirstNewRC) {
2017       auto NextNewRC = std::prev(RegClasses.end());
2018       for (auto I2 = RegClasses.begin(), E2 = std::next(FirstNewRC); I2 != E2;
2019            ++I2)
2020         inferMatchingSuperRegClass(&*I2, E2);
2021       FirstNewRC = NextNewRC;
2022     }
2023   }
2024 }
2025
2026 /// getRegisterClassForRegister - Find the register class that contains the
2027 /// specified physical register.  If the register is not in a register class,
2028 /// return null. If the register is in multiple classes, and the classes have a
2029 /// superset-subset relationship and the same set of types, return the
2030 /// superclass.  Otherwise return null.
2031 const CodeGenRegisterClass*
2032 CodeGenRegBank::getRegClassForRegister(Record *R) {
2033   const CodeGenRegister *Reg = getReg(R);
2034   const CodeGenRegisterClass *FoundRC = nullptr;
2035   for (const auto &RC : getRegClasses()) {
2036     if (!RC.contains(Reg))
2037       continue;
2038
2039     // If this is the first class that contains the register,
2040     // make a note of it and go on to the next class.
2041     if (!FoundRC) {
2042       FoundRC = &RC;
2043       continue;
2044     }
2045
2046     // If a register's classes have different types, return null.
2047     if (RC.getValueTypes() != FoundRC->getValueTypes())
2048       return nullptr;
2049
2050     // Check to see if the previously found class that contains
2051     // the register is a subclass of the current class. If so,
2052     // prefer the superclass.
2053     if (RC.hasSubClass(FoundRC)) {
2054       FoundRC = &RC;
2055       continue;
2056     }
2057
2058     // Check to see if the previously found class that contains
2059     // the register is a superclass of the current class. If so,
2060     // prefer the superclass.
2061     if (FoundRC->hasSubClass(&RC))
2062       continue;
2063
2064     // Multiple classes, and neither is a superclass of the other.
2065     // Return null.
2066     return nullptr;
2067   }
2068   return FoundRC;
2069 }
2070
2071 BitVector CodeGenRegBank::computeCoveredRegisters(ArrayRef<Record*> Regs) {
2072   SetVector<const CodeGenRegister*> Set;
2073
2074   // First add Regs with all sub-registers.
2075   for (unsigned i = 0, e = Regs.size(); i != e; ++i) {
2076     CodeGenRegister *Reg = getReg(Regs[i]);
2077     if (Set.insert(Reg))
2078       // Reg is new, add all sub-registers.
2079       // The pre-ordering is not important here.
2080       Reg->addSubRegsPreOrder(Set, *this);
2081   }
2082
2083   // Second, find all super-registers that are completely covered by the set.
2084   for (unsigned i = 0; i != Set.size(); ++i) {
2085     const CodeGenRegister::SuperRegList &SR = Set[i]->getSuperRegs();
2086     for (unsigned j = 0, e = SR.size(); j != e; ++j) {
2087       const CodeGenRegister *Super = SR[j];
2088       if (!Super->CoveredBySubRegs || Set.count(Super))
2089         continue;
2090       // This new super-register is covered by its sub-registers.
2091       bool AllSubsInSet = true;
2092       const CodeGenRegister::SubRegMap &SRM = Super->getSubRegs();
2093       for (CodeGenRegister::SubRegMap::const_iterator I = SRM.begin(),
2094              E = SRM.end(); I != E; ++I)
2095         if (!Set.count(I->second)) {
2096           AllSubsInSet = false;
2097           break;
2098         }
2099       // All sub-registers in Set, add Super as well.
2100       // We will visit Super later to recheck its super-registers.
2101       if (AllSubsInSet)
2102         Set.insert(Super);
2103     }
2104   }
2105
2106   // Convert to BitVector.
2107   BitVector BV(Registers.size() + 1);
2108   for (unsigned i = 0, e = Set.size(); i != e; ++i)
2109     BV.set(Set[i]->EnumValue);
2110   return BV;
2111 }