Rewrite LiveVariable liveness computation. The new implementation is much simplified...
[oota-llvm.git] / include / llvm / CodeGen / LiveVariables.h
index 50e4166f455927cdb514b81eaaa33d9d736e225b..efa5f3c869fdd4b17f2e540b9e1e5d2817aeb347 100644 (file)
@@ -1,20 +1,20 @@
 //===-- llvm/CodeGen/LiveVariables.h - Live Variable Analysis ---*- C++ -*-===//
-// 
+//
 //                     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 LiveVariable analysis pass.  For each machine
+//
+// This file implements the LiveVariables analysis pass.  For each machine
 // instruction in the function, this pass calculates the set of registers that
 // are immediately dead after the instruction (i.e., the instruction calculates
 // the value, but it is never used) and the set of registers that are used by
 // the instruction, but are never used after the instruction (i.e., they are
 // killed).
 //
-// This class computes live variables using are sparse implementation based on
+// This class computes live variables using a sparse implementation based on
 // the machine code SSA form.  This class computes live variable information for
 // each virtual and _register allocatable_ physical register in a function.  It
 // uses the dominance properties of SSA form to efficiently compute live
 // to resolve physical register lifetimes in each basic block).  If a physical
 // register is not register allocatable, it is not tracked.  This is useful for
 // things like the stack pointer and condition codes.
-//   
+//
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #ifndef LLVM_CODEGEN_LIVEVARIABLES_H
 #define LLVM_CODEGEN_LIVEVARIABLES_H
 
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
-#include <map>
+#include "llvm/ADT/BitVector.h"
+#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/SmallSet.h"
+#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
 
 namespace llvm {
 
-class MRegisterInfo;
+class MachineRegisterInfo;
+class TargetRegisterInfo;
 
 class LiveVariables : public MachineFunctionPass {
 public:
+  static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+  LiveVariables() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
+
+  /// VarInfo - This represents the regions where a virtual register is live in
+  /// the program.  We represent this with three different pieces of
+  /// information: the instruction that uniquely defines the value, the set of
+  /// blocks the instruction is live into and live out of, and the set of 
+  /// non-phi instructions that are the last users of the value.
+  ///
+  /// In the common case where a value is defined and killed in the same block,
+  /// DefInst is the defining inst, there is one killing instruction, and 
+  /// AliveBlocks is empty.
+  ///
+  /// Otherwise, the value is live out of the block.  If the value is live
+  /// across any blocks, these blocks are listed in AliveBlocks.  Blocks where
+  /// the liveness range ends are not included in AliveBlocks, instead being
+  /// captured by the Kills set.  In these blocks, the value is live into the
+  /// block (unless the value is defined and killed in the same block) and lives
+  /// until the specified instruction.  Note that there cannot ever be a value
+  /// whose Kills set contains two instructions from the same basic block.
+  ///
+  /// PHI nodes complicate things a bit.  If a PHI node is the last user of a
+  /// value in one of its predecessor blocks, it is not listed in the kills set,
+  /// but does include the predecessor block in the AliveBlocks set (unless that
+  /// block also defines the value).  This leads to the (perfectly sensical)
+  /// situation where a value is defined in a block, and the last use is a phi
+  /// node in the successor.  In this case, DefInst will be the defining
+  /// instruction, AliveBlocks is empty (the value is not live across any 
+  /// blocks) and Kills is empty (phi nodes are not included).  This is sensical
+  /// because the value must be live to the end of the block, but is not live in
+  /// any successor blocks.
   struct VarInfo {
-    /// DefBlock - The basic block which defines this value...
-    MachineBasicBlock *DefBlock;
-    MachineInstr      *DefInst;
+    /// DefInst - The machine instruction that defines this register.
+    ///
+    MachineInstr *DefInst;
 
     /// AliveBlocks - Set of blocks of which this value is alive completely
     /// through.  This is a bit set which uses the basic block number as an
     /// index.
     ///
-    std::vector<bool> AliveBlocks;
+    BitVector AliveBlocks;
+
+    /// UsedBlocks - Set of blocks of which this value is actually used. This
+    /// is a bit set which uses the basic block number as an index.
+    BitVector UsedBlocks;
+
+    /// NumUses - Number of uses of this register across the entire function.
+    ///
+    unsigned NumUses;
 
-    /// Kills - List of MachineBasicblock's which contain the last use of this
-    /// virtual register (kill it).  This also includes the specific instruction
-    /// which kills the value.
+    /// Kills - List of MachineInstruction's which are the last use of this
+    /// virtual register (kill it) in their basic block.
     ///
-    std::vector<std::pair<MachineBasicBlock*, MachineInstr*> > Kills;
+    std::vector<MachineInstr*> Kills;
 
-    VarInfo() : DefBlock(0), DefInst(0) {}
+    VarInfo() : DefInst(0), NumUses(0) {}
 
     /// removeKill - Delete a kill corresponding to the specified
     /// machine instruction. Returns true if there was a kill
     /// corresponding to this instruction, false otherwise.
     bool removeKill(MachineInstr *MI) {
-      for (std::vector<std::pair<MachineBasicBlock*, MachineInstr*> >::iterator
-             i = Kills.begin(); i != Kills.end(); ++i) {
-        if (i->second == MI) {
-          Kills.erase(i);
-          return true;
-        }
-      }
-      return false;
+      std::vector<MachineInstr*>::iterator
+        I = std::find(Kills.begin(), Kills.end(), MI);
+      if (I == Kills.end())
+        return false;
+      Kills.erase(I);
+      return true;
     }
+    
+    void dump() const;
   };
 
 private:
@@ -79,91 +121,82 @@ private:
   ///
   std::vector<VarInfo> VirtRegInfo;
 
-  /// RegistersKilled - This multimap keeps track of all of the registers that
-  /// are dead immediately after an instruction reads its operands.  If an
-  /// instruction does not have an entry in this map, it kills no registers.
+  /// ReservedRegisters - This vector keeps track of which registers
+  /// are reserved register which are not allocatable by the target machine.
+  /// We can not track liveness for values that are in this set.
   ///
-  std::multimap<MachineInstr*, unsigned> RegistersKilled;
+  BitVector ReservedRegisters;
 
-  /// RegistersDead - This multimap keeps track of all of the registers that are
-  /// dead immediately after an instruction executes, which are not dead after
-  /// the operands are evaluated.  In practice, this only contains registers
-  /// which are defined by an instruction, but never used.
-  ///
-  std::multimap<MachineInstr*, unsigned> RegistersDead;
+private:   // Intermediate data structures
+  MachineFunction *MF;
 
-  /// AllocatablePhysicalRegisters - This vector keeps track of which registers
-  /// are actually register allocatable by the target machine.  We can not track
-  /// liveness for values that are not in this set.
-  ///
-  std::vector<bool> AllocatablePhysicalRegisters;
+  MachineRegisterInfo* MRI;
 
-private:   // Intermediate data structures
+  const TargetRegisterInfo *TRI;
 
-  /// BBMap - Maps LLVM basic blocks to their corresponding machine basic block.
-  /// This also provides a numbering of the basic blocks in the function.
-  std::map<const BasicBlock*, std::pair<MachineBasicBlock*, unsigned> > BBMap;
-  
-  const MRegisterInfo *RegInfo;
+  // PhysRegInfo - Keep track of which instruction was the last def of a
+  // physical register. This is a purely local property, because all physical
+  // register references are presumed dead across basic blocks.
+  MachineInstr **PhysRegDef;
 
-  MachineInstr **PhysRegInfo;
-  bool          *PhysRegUsed;
+  // PhysRegInfo - Keep track of which instruction was the last use of a
+  // physical register. This is a purely local property, because all physical
+  // register references are presumed dead across basic blocks.
+  MachineInstr **PhysRegUse;
 
-public:
+  SmallVector<unsigned, 4> *PHIVarInfo;
 
-  virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
+  // DistanceMap - Keep track the distance of a MI from the start of the
+  // current basic block.
+  DenseMap<MachineInstr*, unsigned> DistanceMap;
 
-  /// getMachineBasicBlockIndex - Turn a MachineBasicBlock into an index number
-  /// suitable for use with VarInfo's.
-  ///
-  const std::pair<MachineBasicBlock*, unsigned>
-      &getMachineBasicBlockInfo(MachineBasicBlock *MBB) const;
-  const std::pair<MachineBasicBlock*, unsigned>
-      &getBasicBlockInfo(const BasicBlock *BB) const {
-    return BBMap.find(BB)->second;
-  }
+  /// HandlePhysRegKill - Add kills of Reg and its sub-registers to the
+  /// uses. Pay special attention to the sub-register uses which may come below
+  /// the last use of the whole register.
+  bool HandlePhysRegKill(unsigned Reg);
 
+  void HandlePhysRegUse(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
+  void HandlePhysRegDef(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
 
-  /// killed_iterator - Iterate over registers killed by a machine instruction
-  ///
-  typedef std::multimap<MachineInstr*, unsigned>::iterator killed_iterator;
-  
-  /// killed_begin/end - Get access to the range of registers killed by a
-  /// machine instruction.
-  killed_iterator killed_begin(MachineInstr *MI) {
-    return RegistersKilled.lower_bound(MI);
-  }
-  killed_iterator killed_end(MachineInstr *MI) {
-    return RegistersKilled.upper_bound(MI);
-  }
-  std::pair<killed_iterator, killed_iterator>
-  killed_range(MachineInstr *MI) {
-    return RegistersKilled.equal_range(MI);
-  }
+  /// FindLastPartialDef - Return the last partial def of the specified register.
+  /// Also returns the sub-register that's defined.
+  MachineInstr *FindLastPartialDef(unsigned Reg, unsigned &PartDefReg);
 
-  killed_iterator dead_begin(MachineInstr *MI) {
-    return RegistersDead.lower_bound(MI);
-  }
-  killed_iterator dead_end(MachineInstr *MI) {
-    return RegistersDead.upper_bound(MI);
-  }
-  std::pair<killed_iterator, killed_iterator>
-  dead_range(MachineInstr *MI) {
-    return RegistersDead.equal_range(MI);
-  }
+  /// hasRegisterUseBelow - Return true if the specified register is used after
+  /// the current instruction and before it's next definition.
+  bool hasRegisterUseBelow(unsigned Reg, MachineBasicBlock::iterator I,
+                           MachineBasicBlock *MBB);
+
+  /// analyzePHINodes - Gather information about the PHI nodes in here. In
+  /// particular, we want to map the variable information of a virtual
+  /// register which is used in a PHI node. We map that to the BB the vreg
+  /// is coming from.
+  void analyzePHINodes(const MachineFunction& Fn);
+public:
+
+  virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
+
+  /// RegisterDefIsDead - Return true if the specified instruction defines the
+  /// specified register, but that definition is dead.
+  bool RegisterDefIsDead(MachineInstr *MI, unsigned Reg) const;
 
   //===--------------------------------------------------------------------===//
   //  API to update live variable information
 
+  /// instructionChanged - When the address of an instruction changes, this
+  /// method should be called so that live variables can update its internal
+  /// data structures.  This removes the records for OldMI, transfering them to
+  /// the records for NewMI.
+  void instructionChanged(MachineInstr *OldMI, MachineInstr *NewMI);
+
   /// addVirtualRegisterKilled - Add information about the fact that the
   /// specified register is killed after being used by the specified
-  /// instruction.
-  ///
-  void addVirtualRegisterKilled(unsigned IncomingReg,
-                                MachineBasicBlock *MBB,
-                                MachineInstr *MI) {
-    RegistersKilled.insert(std::make_pair(MI, IncomingReg));
-    getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(std::make_pair(MBB, MI));
+  /// instruction. If AddIfNotFound is true, add a implicit operand if it's
+  /// not found.
+  void addVirtualRegisterKilled(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI,
+                                bool AddIfNotFound = false) {
+    if (MI->addRegisterKilled(IncomingReg, TRI, AddIfNotFound))
+      getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(MI); 
   }
 
   /// removeVirtualRegisterKilled - Remove the specified virtual
@@ -175,33 +208,32 @@ public:
                                    MachineInstr *MI) {
     if (!getVarInfo(reg).removeKill(MI))
       return false;
-    for (killed_iterator i = killed_begin(MI), e = killed_end(MI); i != e; ) {
-      if (i->second == reg)
-        RegistersKilled.erase(i++);
-      else
-        ++i;
+
+    bool Removed = false;
+    for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+      if (MO.isRegister() && MO.isKill() && MO.getReg() == reg) {
+        MO.setIsKill(false);
+        Removed = true;
+        break;
+      }
     }
+
+    assert(Removed && "Register is not used by this instruction!");
     return true;
   }
 
-  /// removeVirtualRegistersKilled - Remove all of the specified killed
-  /// registers from the live variable information.
-  void removeVirtualRegistersKilled(killed_iterator B, killed_iterator E) {
-    for (killed_iterator I = B; I != E; ++I) { // Remove VarInfo entries...
-      bool removed = getVarInfo(I->second).removeKill(I->first);
-      assert(removed && "kill not in register's VarInfo?");
-    }
-    RegistersKilled.erase(B, E);
-  }
+  /// removeVirtualRegistersKilled - Remove all killed info for the specified
+  /// instruction.
+  void removeVirtualRegistersKilled(MachineInstr *MI);
 
   /// addVirtualRegisterDead - Add information about the fact that the specified
-  /// register is dead after being used by the specified instruction.
-  ///
-  void addVirtualRegisterDead(unsigned IncomingReg,
-                              MachineBasicBlock *MBB,
-                              MachineInstr *MI) {
-    RegistersDead.insert(std::make_pair(MI, IncomingReg));
-    getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(std::make_pair(MBB, MI));
+  /// register is dead after being used by the specified instruction. If
+  /// AddIfNotFound is true, add a implicit operand if it's not found.
+  void addVirtualRegisterDead(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI,
+                              bool AddIfNotFound = false) {
+    if (MI->addRegisterDead(IncomingReg, TRI, AddIfNotFound))
+        getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(MI);
   }
 
   /// removeVirtualRegisterDead - Remove the specified virtual
@@ -214,47 +246,42 @@ public:
     if (!getVarInfo(reg).removeKill(MI))
       return false;
 
-    for (killed_iterator i = killed_begin(MI), e = killed_end(MI); i != e; ) {
-      if (i->second == reg)
-        RegistersKilled.erase(i++);
-      else
-        ++i;
+    bool Removed = false;
+    for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+      MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+      if (MO.isRegister() && MO.isDef() && MO.getReg() == reg) {
+        MO.setIsDead(false);
+        Removed = true;
+        break;
+      }
     }
+    assert(Removed && "Register is not defined by this instruction!");
     return true;
   }
 
-  /// removeVirtualRegistersDead - Remove all of the specified dead
-  /// registers from the live variable information.
-  void removeVirtualRegistersDead(killed_iterator B, killed_iterator E) {
-    for (killed_iterator I = B; I != E; ++I)  // Remove VarInfo entries...
-      getVarInfo(I->second).removeKill(I->first);
-    RegistersDead.erase(B, E);
-  }
-
+  /// removeVirtualRegistersDead - Remove all of the dead registers for the
+  /// specified instruction from the live variable information.
+  void removeVirtualRegistersDead(MachineInstr *MI);
+  
   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
     AU.setPreservesAll();
   }
 
   virtual void releaseMemory() {
     VirtRegInfo.clear();
-    RegistersKilled.clear();
-    RegistersDead.clear();
-    BBMap.clear();
   }
 
   /// getVarInfo - Return the VarInfo structure for the specified VIRTUAL
   /// register.
   VarInfo &getVarInfo(unsigned RegIdx);
 
-  const std::vector<bool>& getAllocatablePhysicalRegisters() const {
-    return AllocatablePhysicalRegisters;
-  }
-
-  void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo &VRInfo, const BasicBlock *BB);
-  void HandleVirtRegUse(VarInfo &VRInfo, MachineBasicBlock *MBB,
-                               MachineInstr *MI);
-  void HandlePhysRegUse(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
-  void HandlePhysRegDef(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
+  void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo& VRInfo, MachineBasicBlock* DefBlock,
+                               MachineBasicBlock *BB);
+  void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo& VRInfo, MachineBasicBlock* DefBlock,
+                               MachineBasicBlock *BB,
+                               std::vector<MachineBasicBlock*> &WorkList);
+  void HandleVirtRegUse(unsigned reg, MachineBasicBlock *MBB,
+                        MachineInstr *MI);
 };
 
 } // End llvm namespace