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[oota-llvm.git] / include / llvm / CodeGen / LiveIntervalAnalysis.h
index fc95deed2265348f66594510fdee28a68b28806f..488b0748a4c8cddbc8d9a855763af994d65eae7c 100644 (file)
@@ -2,15 +2,15 @@
 //
 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
 //
-// This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
-// the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
+// This file is distributed under the University of Illinois Open Source
+// License. See LICENSE.TXT for details.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 // This file implements the LiveInterval analysis pass.  Given some numbering of
 // each the machine instructions (in this implemention depth-first order) an
 // interval [i, j) is said to be a live interval for register v if there is no
-// instruction with number j' > j such that v is live at j' abd there is no
+// instruction with number j' > j such that v is live at j' and there is no
 // instruction with number i' < i such that v is live at i'. In this
 // implementation intervals can have holes, i.e. an interval might look like
 // [1,20), [50,65), [1000,1001).
 #include "llvm/CodeGen/LiveInterval.h"
 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
-#include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
+#include "llvm/Support/Allocator.h"
+#include <cmath>
+#include <map>
 
 namespace llvm {
 
+  class AliasAnalysis;
   class LiveVariables;
-  class MRegisterInfo;
+  class MachineLoopInfo;
+  class TargetRegisterInfo;
+  class MachineRegisterInfo;
   class TargetInstrInfo;
   class TargetRegisterClass;
   class VirtRegMap;
+  typedef std::pair<unsigned, MachineBasicBlock*> IdxMBBPair;
+
+  inline bool operator<(unsigned V, const IdxMBBPair &IM) {
+    return V < IM.first;
+  }
+
+  inline bool operator<(const IdxMBBPair &IM, unsigned V) {
+    return IM.first < V;
+  }
+
+  struct Idx2MBBCompare {
+    bool operator()(const IdxMBBPair &LHS, const IdxMBBPair &RHS) const {
+      return LHS.first < RHS.first;
+    }
+  };
 
   class LiveIntervals : public MachineFunctionPass {
     MachineFunction* mf_;
+    MachineRegisterInfo* mri_;
     const TargetMachine* tm_;
-    const MRegisterInfo* mri_;
+    const TargetRegisterInfo* tri_;
     const TargetInstrInfo* tii_;
+    AliasAnalysis *aa_;
     LiveVariables* lv_;
 
-    /// MBB2IdxMap - The index of the first instruction in the specified basic
-    /// block.
-    std::vector<unsigned> MBB2IdxMap;
-    
+    /// Special pool allocator for VNInfo's (LiveInterval val#).
+    ///
+    BumpPtrAllocator VNInfoAllocator;
+
+    /// MBB2IdxMap - The indexes of the first and last instructions in the
+    /// specified basic block.
+    std::vector<std::pair<unsigned, unsigned> > MBB2IdxMap;
+
+    /// Idx2MBBMap - Sorted list of pairs of index of first instruction
+    /// and MBB id.
+    std::vector<IdxMBBPair> Idx2MBBMap;
+
+    /// FunctionSize - The number of instructions present in the function
+    uint64_t FunctionSize;
+
     typedef std::map<MachineInstr*, unsigned> Mi2IndexMap;
     Mi2IndexMap mi2iMap_;
 
@@ -54,31 +89,14 @@ namespace llvm {
     typedef std::map<unsigned, LiveInterval> Reg2IntervalMap;
     Reg2IntervalMap r2iMap_;
 
-    typedef IndexedMap<unsigned> Reg2RegMap;
-    Reg2RegMap r2rMap_;
-
     BitVector allocatableRegs_;
-    DenseMap<const TargetRegisterClass*, BitVector> allocatableRCRegs_;
 
-    /// JoinedLIs - Keep track which register intervals have been coalesced
-    /// with other intervals.
-    BitVector JoinedLIs;
+    std::vector<MachineInstr*> ClonedMIs;
 
   public:
-    static char ID; // Pass identifcation, replacement for typeid
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
     LiveIntervals() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
 
-    struct CopyRec {
-      MachineInstr *MI;
-      unsigned SrcReg, DstReg;
-    };
-    CopyRec getCopyRec(MachineInstr *MI, unsigned SrcReg, unsigned DstReg) {
-      CopyRec R;
-      R.MI = MI;
-      R.SrcReg = SrcReg;
-      R.DstReg = DstReg;
-      return R;
-    }
     struct InstrSlots {
       enum {
         LOAD  = 0,
@@ -108,13 +126,17 @@ namespace llvm {
       return getBaseIndex(index) + InstrSlots::STORE;
     }
 
+    static float getSpillWeight(bool isDef, bool isUse, unsigned loopDepth) {
+      return (isDef + isUse) * powf(10.0F, (float)loopDepth);
+    }
+
     typedef Reg2IntervalMap::iterator iterator;
     typedef Reg2IntervalMap::const_iterator const_iterator;
     const_iterator begin() const { return r2iMap_.begin(); }
     const_iterator end() const { return r2iMap_.end(); }
     iterator begin() { return r2iMap_.begin(); }
     iterator end() { return r2iMap_.end(); }
-    unsigned getNumIntervals() const { return r2iMap_.size(); }
+    unsigned getNumIntervals() const { return (unsigned)r2iMap_.size(); }
 
     LiveInterval &getInterval(unsigned reg) {
       Reg2IntervalMap::iterator I = r2iMap_.find(reg);
@@ -137,10 +159,49 @@ namespace llvm {
     unsigned getMBBStartIdx(MachineBasicBlock *MBB) const {
       return getMBBStartIdx(MBB->getNumber());
     }
-    
     unsigned getMBBStartIdx(unsigned MBBNo) const {
       assert(MBBNo < MBB2IdxMap.size() && "Invalid MBB number!");
-      return MBB2IdxMap[MBBNo];
+      return MBB2IdxMap[MBBNo].first;
+    }
+
+    /// getMBBEndIdx - Return the store index of the last instruction in the
+    /// specified MachineBasicBlock.
+    unsigned getMBBEndIdx(MachineBasicBlock *MBB) const {
+      return getMBBEndIdx(MBB->getNumber());
+    }
+    unsigned getMBBEndIdx(unsigned MBBNo) const {
+      assert(MBBNo < MBB2IdxMap.size() && "Invalid MBB number!");
+      return MBB2IdxMap[MBBNo].second;
+    }
+
+    /// getScaledIntervalSize - get the size of an interval in "units,"
+    /// where every function is composed of one thousand units.  This
+    /// measure scales properly with empty index slots in the function.
+    double getScaledIntervalSize(LiveInterval& I) {
+      return (1000.0 / InstrSlots::NUM * I.getSize()) / i2miMap_.size();
+    }
+    
+    /// getApproximateInstructionCount - computes an estimate of the number
+    /// of instructions in a given LiveInterval.
+    unsigned getApproximateInstructionCount(LiveInterval& I) {
+      double IntervalPercentage = getScaledIntervalSize(I) / 1000.0;
+      return IntervalPercentage * FunctionSize;
+    }
+
+    /// getMBBFromIndex - given an index in any instruction of an
+    /// MBB return a pointer the MBB
+    MachineBasicBlock* getMBBFromIndex(unsigned index) const {
+      std::vector<IdxMBBPair>::const_iterator I =
+        std::lower_bound(Idx2MBBMap.begin(), Idx2MBBMap.end(), index);
+      // Take the pair containing the index
+      std::vector<IdxMBBPair>::const_iterator J =
+        ((I != Idx2MBBMap.end() && I->first > index) ||
+         (I == Idx2MBBMap.end() && Idx2MBBMap.size()>0)) ? (I-1): I;
+
+      assert(J != Idx2MBBMap.end() && J->first < index+1 &&
+             index <= getMBBEndIdx(J->second) &&
+             "index does not correspond to an MBB");
+      return J->second;
     }
 
     /// getInstructionIndex - returns the base index of instr
@@ -158,29 +219,38 @@ namespace llvm {
              "index does not correspond to an instruction");
       return i2miMap_[index];
     }
-    
-    std::vector<LiveInterval*> addIntervalsForSpills(const LiveInterval& i,
-                                                     VirtRegMap& vrm,
-                                                     int slot);
 
-    /// CreateNewLiveInterval - Create a new live interval with the given live
-    /// ranges. The new live interval will have an infinite spill weight.
-    LiveInterval &CreateNewLiveInterval(const LiveInterval *LI,
-                                        const std::vector<LiveRange> &LRs);
+    /// conflictsWithPhysRegDef - Returns true if the specified register
+    /// is defined during the duration of the specified interval.
+    bool conflictsWithPhysRegDef(const LiveInterval &li, VirtRegMap &vrm,
+                                 unsigned reg);
 
-    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
-    virtual void releaseMemory();
+    /// findLiveInMBBs - Given a live range, if the value of the range
+    /// is live in any MBB returns true as well as the list of basic blocks
+    /// in which the value is live.
+    bool findLiveInMBBs(const LiveRange &LR,
+                        SmallVectorImpl<MachineBasicBlock*> &MBBs) const;
 
-    /// runOnMachineFunction - pass entry point
-    virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
+    // Interval creation
 
-    /// print - Implement the dump method.
-    virtual void print(std::ostream &O, const Module* = 0) const;
-    void print(std::ostream *O, const Module* M = 0) const {
-      if (O) print(*O, M);
+    LiveInterval &getOrCreateInterval(unsigned reg) {
+      Reg2IntervalMap::iterator I = r2iMap_.find(reg);
+      if (I == r2iMap_.end())
+        I = r2iMap_.insert(I, std::make_pair(reg, createInterval(reg)));
+      return I->second;
+    }
+    
+    /// addLiveRangeToEndOfBlock - Given a register and an instruction,
+    /// adds a live range from that instruction to the end of its MBB.
+    LiveRange addLiveRangeToEndOfBlock(unsigned reg,
+                                        MachineInstr* startInst);
+
+    // Interval removal
+
+    void removeInterval(unsigned Reg) {
+      r2iMap_.erase(Reg);
     }
 
-  private:
     /// isRemoved - returns true if the specified machine instr has been
     /// removed.
     bool isRemoved(MachineInstr* instr) const {
@@ -198,115 +268,199 @@ namespace llvm {
         mi2iMap_.erase(mi2i);
       }
     }
-      
+
+    /// ReplaceMachineInstrInMaps - Replacing a machine instr with a new one in
+    /// maps used by register allocator.
+    void ReplaceMachineInstrInMaps(MachineInstr *MI, MachineInstr *NewMI) {
+      Mi2IndexMap::iterator mi2i = mi2iMap_.find(MI);
+      if (mi2i == mi2iMap_.end())
+        return;
+      i2miMap_[mi2i->second/InstrSlots::NUM] = NewMI;
+      Mi2IndexMap::iterator it = mi2iMap_.find(MI);
+      assert(it != mi2iMap_.end() && "Invalid instruction!");
+      unsigned Index = it->second;
+      mi2iMap_.erase(it);
+      mi2iMap_[NewMI] = Index;
+    }
+
+    BumpPtrAllocator& getVNInfoAllocator() { return VNInfoAllocator; }
+
+    /// getVNInfoSourceReg - Helper function that parses the specified VNInfo
+    /// copy field and returns the source register that defines it.
+    unsigned getVNInfoSourceReg(const VNInfo *VNI) const;
+
+    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
+    virtual void releaseMemory();
+
+    /// runOnMachineFunction - pass entry point
+    virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
+
+    /// print - Implement the dump method.
+    virtual void print(std::ostream &O, const Module* = 0) const;
+    void print(std::ostream *O, const Module* M = 0) const {
+      if (O) print(*O, M);
+    }
+
+    /// addIntervalsForSpills - Create new intervals for spilled defs / uses of
+    /// the given interval. FIXME: It also returns the weight of the spill slot
+    /// (if any is created) by reference. This is temporary.
+    std::vector<LiveInterval*>
+    addIntervalsForSpills(const LiveInterval& i,
+                          const MachineLoopInfo *loopInfo, VirtRegMap& vrm,
+                          float &SSWeight);
+
+    /// spillPhysRegAroundRegDefsUses - Spill the specified physical register
+    /// around all defs and uses of the specified interval.
+    void spillPhysRegAroundRegDefsUses(const LiveInterval &li,
+                                       unsigned PhysReg, VirtRegMap &vrm);
+
+    /// isReMaterializable - Returns true if every definition of MI of every
+    /// val# of the specified interval is re-materializable. Also returns true
+    /// by reference if all of the defs are load instructions.
+    bool isReMaterializable(const LiveInterval &li, bool &isLoad);
+
+    /// getRepresentativeReg - Find the largest super register of the specified
+    /// physical register.
+    unsigned getRepresentativeReg(unsigned Reg) const;
+
+    /// getNumConflictsWithPhysReg - Return the number of uses and defs of the
+    /// specified interval that conflicts with the specified physical register.
+    unsigned getNumConflictsWithPhysReg(const LiveInterval &li,
+                                        unsigned PhysReg) const;
+
+    /// computeNumbering - Compute the index numbering.
+    void computeNumbering();
+
+  private:      
     /// computeIntervals - Compute live intervals.
     void computeIntervals();
-
-    /// joinIntervals - join compatible live intervals
-    void joinIntervals();
-
-    /// CopyCoallesceInMBB - Coallsece copies in the specified MBB, putting
-    /// copies that cannot yet be coallesced into the "TryAgain" list.
-    void CopyCoallesceInMBB(MachineBasicBlock *MBB,
-                         std::vector<CopyRec> *TryAgain, bool PhysOnly = false);
-
-    /// JoinCopy - Attempt to join intervals corresponding to SrcReg/DstReg,
-    /// which are the src/dst of the copy instruction CopyMI.  This returns true
-    /// if the copy was successfully coallesced away, or if it is never possible
-    /// to coallesce these this copy, due to register constraints.  It returns
-    /// false if it is not currently possible to coallesce this interval, but
-    /// it may be possible if other things get coallesced.
-    bool JoinCopy(MachineInstr *CopyMI, unsigned SrcReg, unsigned DstReg,
-                  bool PhysOnly = false);
-    
-    /// JoinIntervals - Attempt to join these two intervals.  On failure, this
-    /// returns false.  Otherwise, if one of the intervals being joined is a
-    /// physreg, this method always canonicalizes DestInt to be it.  The output
-    /// "SrcInt" will not have been modified, so we can use this information
-    /// below to update aliases.
-    bool JoinIntervals(LiveInterval &LHS, LiveInterval &RHS);
-    
-    /// SimpleJoin - Attempt to join the specified interval into this one. The
-    /// caller of this method must guarantee that the RHS only contains a single
-    /// value number and that the RHS is not defined by a copy from this
-    /// interval.  This returns false if the intervals are not joinable, or it
-    /// joins them and returns true.
-    bool SimpleJoin(LiveInterval &LHS, LiveInterval &RHS);
     
     /// handleRegisterDef - update intervals for a register def
     /// (calls handlePhysicalRegisterDef and
     /// handleVirtualRegisterDef)
     void handleRegisterDef(MachineBasicBlock *MBB,
                            MachineBasicBlock::iterator MI, unsigned MIIdx,
-                           unsigned reg);
+                           MachineOperand& MO, unsigned MOIdx);
 
     /// handleVirtualRegisterDef - update intervals for a virtual
     /// register def
     void handleVirtualRegisterDef(MachineBasicBlock *MBB,
                                   MachineBasicBlock::iterator MI,
-                                  unsigned MIIdx,
-                                  LiveInterval& interval);
+                                  unsigned MIIdx, MachineOperand& MO,
+                                  unsigned MOIdx, LiveInterval& interval);
 
     /// handlePhysicalRegisterDef - update intervals for a physical register
     /// def.
     void handlePhysicalRegisterDef(MachineBasicBlock* mbb,
                                    MachineBasicBlock::iterator mi,
-                                   unsigned MIIdx,
+                                   unsigned MIIdx, MachineOperand& MO,
                                    LiveInterval &interval,
-                                   unsigned SrcReg);
+                                   MachineInstr *CopyMI);
 
     /// handleLiveInRegister - Create interval for a livein register.
     void handleLiveInRegister(MachineBasicBlock* mbb,
                               unsigned MIIdx,
                               LiveInterval &interval, bool isAlias = false);
 
-    /// Return true if the two specified registers belong to different
-    /// register classes.  The registers may be either phys or virt regs.
-    bool differingRegisterClasses(unsigned RegA, unsigned RegB) const;
-
-
-    bool AdjustCopiesBackFrom(LiveInterval &IntA, LiveInterval &IntB,
-                              MachineInstr *CopyMI);
-
-    /// lastRegisterUse - Returns the last use of the specific register between
-    /// cycles Start and End. It also returns the use operand by reference. It
-    /// returns NULL if there are no uses.
-    MachineInstr *lastRegisterUse(unsigned Reg, unsigned Start, unsigned End,
-                                  MachineOperand *&MOU);
-
-    /// findDefOperand - Returns the MachineOperand that is a def of the specific
-    /// register. It returns NULL if the def is not found.
-    MachineOperand *findDefOperand(MachineInstr *MI, unsigned Reg);
-
-    /// unsetRegisterKill - Unset IsKill property of all uses of the specific
-    /// register of the specific instruction.
-    void unsetRegisterKill(MachineInstr *MI, unsigned Reg);
+    /// getReMatImplicitUse - If the remat definition MI has one (for now, we
+    /// only allow one) virtual register operand, then its uses are implicitly
+    /// using the register. Returns the virtual register.
+    unsigned getReMatImplicitUse(const LiveInterval &li,
+                                 MachineInstr *MI) const;
+
+    /// isValNoAvailableAt - Return true if the val# of the specified interval
+    /// which reaches the given instruction also reaches the specified use
+    /// index.
+    bool isValNoAvailableAt(const LiveInterval &li, MachineInstr *MI,
+                            unsigned UseIdx) const;
+
+    /// isReMaterializable - Returns true if the definition MI of the specified
+    /// val# of the specified interval is re-materializable. Also returns true
+    /// by reference if the def is a load.
+    bool isReMaterializable(const LiveInterval &li, const VNInfo *ValNo,
+                            MachineInstr *MI, bool &isLoad);
+
+    /// tryFoldMemoryOperand - Attempts to fold either a spill / restore from
+    /// slot / to reg or any rematerialized load into ith operand of specified
+    /// MI. If it is successul, MI is updated with the newly created MI and
+    /// returns true.
+    bool tryFoldMemoryOperand(MachineInstr* &MI, VirtRegMap &vrm,
+                              MachineInstr *DefMI, unsigned InstrIdx,
+                              SmallVector<unsigned, 2> &Ops,
+                              bool isSS, int Slot, unsigned Reg);
+
+    /// canFoldMemoryOperand - Return true if the specified load / store
+    /// folding is possible.
+    bool canFoldMemoryOperand(MachineInstr *MI,
+                              SmallVector<unsigned, 2> &Ops,
+                              bool ReMatLoadSS) const;
+
+    /// anyKillInMBBAfterIdx - Returns true if there is a kill of the specified
+    /// VNInfo that's after the specified index but is within the basic block.
+    bool anyKillInMBBAfterIdx(const LiveInterval &li, const VNInfo *VNI,
+                              MachineBasicBlock *MBB, unsigned Idx) const;
+
+    /// intervalIsInOneMBB - Returns true if the specified interval is entirely
+    /// within a single basic block.
+    bool intervalIsInOneMBB(const LiveInterval &li) const;
+
+    /// hasAllocatableSuperReg - Return true if the specified physical register
+    /// has any super register that's allocatable.
+    bool hasAllocatableSuperReg(unsigned Reg) const;
+
+    /// SRInfo - Spill / restore info.
+    struct SRInfo {
+      int index;
+      unsigned vreg;
+      bool canFold;
+      SRInfo(int i, unsigned vr, bool f) : index(i), vreg(vr), canFold(f) {};
+    };
 
-    /// hasRegisterDef - True if the instruction defines the specific register.
-    ///
-    bool hasRegisterDef(MachineInstr *MI, unsigned Reg);
+    bool alsoFoldARestore(int Id, int index, unsigned vr,
+                          BitVector &RestoreMBBs,
+                          std::map<unsigned,std::vector<SRInfo> >&RestoreIdxes);
+    void eraseRestoreInfo(int Id, int index, unsigned vr,
+                          BitVector &RestoreMBBs,
+                          std::map<unsigned,std::vector<SRInfo> >&RestoreIdxes);
+
+    /// handleSpilledImpDefs - Remove IMPLICIT_DEF instructions which are being
+    /// spilled and create empty intervals for their uses.
+    void handleSpilledImpDefs(const LiveInterval &li, VirtRegMap &vrm,
+                              const TargetRegisterClass* rc,
+                              std::vector<LiveInterval*> &NewLIs);
+
+    /// rewriteImplicitOps - Rewrite implicit use operands of MI (i.e. uses of
+    /// interval on to-be re-materialized operands of MI) with new register.
+    void rewriteImplicitOps(const LiveInterval &li,
+                           MachineInstr *MI, unsigned NewVReg, VirtRegMap &vrm);
+
+    /// rewriteInstructionForSpills, rewriteInstructionsForSpills - Helper
+    /// functions for addIntervalsForSpills to rewrite uses / defs for the given
+    /// live range.
+    bool rewriteInstructionForSpills(const LiveInterval &li, const VNInfo *VNI,
+        bool TrySplit, unsigned index, unsigned end, MachineInstr *MI,
+        MachineInstr *OrigDefMI, MachineInstr *DefMI, unsigned Slot, int LdSlot,
+        bool isLoad, bool isLoadSS, bool DefIsReMat, bool CanDelete,
+        VirtRegMap &vrm, const TargetRegisterClass* rc,
+        SmallVector<int, 4> &ReMatIds, const MachineLoopInfo *loopInfo,
+        unsigned &NewVReg, unsigned ImpUse, bool &HasDef, bool &HasUse,
+        std::map<unsigned,unsigned> &MBBVRegsMap,
+        std::vector<LiveInterval*> &NewLIs, float &SSWeight);
+    void rewriteInstructionsForSpills(const LiveInterval &li, bool TrySplit,
+        LiveInterval::Ranges::const_iterator &I,
+        MachineInstr *OrigDefMI, MachineInstr *DefMI, unsigned Slot, int LdSlot,
+        bool isLoad, bool isLoadSS, bool DefIsReMat, bool CanDelete,
+        VirtRegMap &vrm, const TargetRegisterClass* rc,
+        SmallVector<int, 4> &ReMatIds, const MachineLoopInfo *loopInfo,
+        BitVector &SpillMBBs,
+        std::map<unsigned,std::vector<SRInfo> > &SpillIdxes,
+        BitVector &RestoreMBBs,
+        std::map<unsigned,std::vector<SRInfo> > &RestoreIdxes,
+        std::map<unsigned,unsigned> &MBBVRegsMap,
+        std::vector<LiveInterval*> &NewLIs, float &SSWeight);
 
     static LiveInterval createInterval(unsigned Reg);
 
-    void removeInterval(unsigned Reg) {
-      r2iMap_.erase(Reg);
-    }
-
-    LiveInterval &getOrCreateInterval(unsigned reg) {
-      Reg2IntervalMap::iterator I = r2iMap_.find(reg);
-      if (I == r2iMap_.end())
-        I = r2iMap_.insert(I, std::make_pair(reg, createInterval(reg)));
-      return I->second;
-    }
-
-    /// rep - returns the representative of this register
-    unsigned rep(unsigned Reg) {
-      unsigned Rep = r2rMap_[Reg];
-      if (Rep)
-        return r2rMap_[Reg] = rep(Rep);
-      return Reg;
-    }
-
     void printRegName(unsigned reg) const;
   };