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[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / PHIElimination.cpp
index 8441e49bbc66cfac1958cdd004140bfe6e51025f..c5c76fc79467d99fd1fb63b89cc9bf08df70e402 100644 (file)
@@ -2,8 +2,8 @@
 //
 //                     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.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
+#define DEBUG_TYPE "phielim"
+#include "llvm/BasicBlock.h"
+#include "llvm/Instructions.h"
 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
-#include "llvm/CodeGen/SSARegMap.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
-#include "llvm/ADT/DenseMap.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
-#include <set>
+#include "llvm/Support/Compiler.h"
 #include <algorithm>
+#include <map>
 using namespace llvm;
 
+STATISTIC(NumAtomic, "Number of atomic phis lowered");
+
 namespace {
-  Statistic<> NumAtomic("phielim", "Number of atomic phis lowered");
-  Statistic<> NumSimple("phielim", "Number of simple phis lowered");
-  
-  struct PNE : public MachineFunctionPass {
-    bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
-      bool Changed = false;
-
-      // Eliminate PHI instructions by inserting copies into predecessor blocks.
-      for (MachineFunction::iterator I = Fn.begin(), E = Fn.end(); I != E; ++I)
-        Changed |= EliminatePHINodes(Fn, *I);
-
-      return Changed;
-    }
+  class VISIBILITY_HIDDEN PNE : public MachineFunctionPass {
+    MachineRegisterInfo  *MRI; // Machine register information
 
+  public:
+    static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
+    PNE() : MachineFunctionPass(&ID) {}
+
+    virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn);
+    
     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
       AU.addPreserved<LiveVariables>();
+      AU.addPreservedID(MachineLoopInfoID);
+      AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
     }
 
@@ -53,16 +57,77 @@ namespace {
     ///
     bool EliminatePHINodes(MachineFunction &MF, MachineBasicBlock &MBB);
     void LowerAtomicPHINode(MachineBasicBlock &MBB,
-                            MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt,
-                            DenseMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> &VUC);
-  };
+                            MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt);
 
-  RegisterPass<PNE> X("phi-node-elimination",
-                      "Eliminate PHI nodes for register allocation");
+    /// analyzePHINodes - Gather information about the PHI nodes in
+    /// here. In particular, we want to map the number of uses of a virtual
+    /// register which is used in a PHI node. We map that to the BB the
+    /// vreg is coming from. This is used later to determine when the vreg
+    /// is killed in the BB.
+    ///
+    void analyzePHINodes(const MachineFunction& Fn);
+
+    // FindCopyInsertPoint - Find a safe place in MBB to insert a copy from
+    // SrcReg.  This needs to be after any def or uses of SrcReg, but before
+    // any subsequent point where control flow might jump out of the basic
+    // block.
+    MachineBasicBlock::iterator FindCopyInsertPoint(MachineBasicBlock &MBB,
+                                                    unsigned SrcReg);
+
+    // SkipPHIsAndLabels - Copies need to be inserted after phi nodes and
+    // also after any exception handling labels: in landing pads execution
+    // starts at the label, so any copies placed before it won't be executed!
+    MachineBasicBlock::iterator SkipPHIsAndLabels(MachineBasicBlock &MBB,
+                                                MachineBasicBlock::iterator I) {
+      // Rather than assuming that EH labels come before other kinds of labels,
+      // just skip all labels.
+      while (I != MBB.end() &&
+             (I->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI || I->isLabel()))
+        ++I;
+      return I;
+    }
+
+    typedef std::pair<const MachineBasicBlock*, unsigned> BBVRegPair;
+    typedef std::map<BBVRegPair, unsigned> VRegPHIUse;
+
+    VRegPHIUse VRegPHIUseCount;
+
+    // Defs of PHI sources which are implicit_def.
+    SmallPtrSet<MachineInstr*, 4> ImpDefs;
+  };
 }
 
+char PNE::ID = 0;
+static RegisterPass<PNE>
+X("phi-node-elimination", "Eliminate PHI nodes for register allocation");
+
+const PassInfo *const llvm::PHIEliminationID = &X;
+
+bool PNE::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
+  MRI = &Fn.getRegInfo();
+
+  analyzePHINodes(Fn);
+
+  bool Changed = false;
+
+  // Eliminate PHI instructions by inserting copies into predecessor blocks.
+  for (MachineFunction::iterator I = Fn.begin(), E = Fn.end(); I != E; ++I)
+    Changed |= EliminatePHINodes(Fn, *I);
+
+  // Remove dead IMPLICIT_DEF instructions.
+  for (SmallPtrSet<MachineInstr*,4>::iterator I = ImpDefs.begin(),
+         E = ImpDefs.end(); I != E; ++I) {
+    MachineInstr *DefMI = *I;
+    unsigned DefReg = DefMI->getOperand(0).getReg();
+    if (MRI->use_empty(DefReg))
+      DefMI->eraseFromParent();
+  }
+
+  ImpDefs.clear();
+  VRegPHIUseCount.clear();
+  return Changed;
+}
 
-const PassInfo *llvm::PHIEliminationID = X.getPassInfo();
 
 /// EliminatePHINodes - Eliminate phi nodes by inserting copy instructions in
 /// predecessor basic blocks.
@@ -71,143 +136,194 @@ bool PNE::EliminatePHINodes(MachineFunction &MF, MachineBasicBlock &MBB) {
   if (MBB.empty() || MBB.front().getOpcode() != TargetInstrInfo::PHI)
     return false;   // Quick exit for basic blocks without PHIs.
 
-  // VRegPHIUseCount - Keep track of the number of times each virtual register
-  // is used by PHI nodes in successors of this block.
-  DenseMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> VRegPHIUseCount;
-  VRegPHIUseCount.grow(MF.getSSARegMap()->getLastVirtReg());
-
-  for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = MBB.pred_begin(),
-         E = MBB.pred_end(); PI != E; ++PI)
-    for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = (*PI)->succ_begin(),
-           E = (*PI)->succ_end(); SI != E; ++SI)
-      for (MachineBasicBlock::iterator BBI = (*SI)->begin(), E = (*SI)->end();
-           BBI != E && BBI->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI; ++BBI)
-        for (unsigned i = 1, e = BBI->getNumOperands(); i != e; i += 2)
-          VRegPHIUseCount[BBI->getOperand(i).getReg()]++;
-      
   // Get an iterator to the first instruction after the last PHI node (this may
   // also be the end of the basic block).
-  MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt = MBB.begin();
-  while (AfterPHIsIt != MBB.end() &&
-         AfterPHIsIt->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI)
-    ++AfterPHIsIt;    // Skip over all of the PHI nodes...
+  MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt = SkipPHIsAndLabels(MBB, MBB.begin());
+
+  while (MBB.front().getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI)
+    LowerAtomicPHINode(MBB, AfterPHIsIt);
+
+  return true;
+}
 
-  while (MBB.front().getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI) {
-    LowerAtomicPHINode(MBB, AfterPHIsIt, VRegPHIUseCount);
+/// isSourceDefinedByImplicitDef - Return true if all sources of the phi node
+/// are implicit_def's.
+static bool isSourceDefinedByImplicitDef(const MachineInstr *MPhi,
+                                         const MachineRegisterInfo *MRI) {
+  for (unsigned i = 1; i != MPhi->getNumOperands(); i += 2) {
+    unsigned SrcReg = MPhi->getOperand(i).getReg();
+    const MachineInstr *DefMI = MRI->getVRegDef(SrcReg);
+    if (!DefMI || DefMI->getOpcode() != TargetInstrInfo::IMPLICIT_DEF)
+      return false;
   }
   return true;
 }
 
+// FindCopyInsertPoint - Find a safe place in MBB to insert a copy from SrcReg.
+// This needs to be after any def or uses of SrcReg, but before any subsequent
+// point where control flow might jump out of the basic block.
+MachineBasicBlock::iterator PNE::FindCopyInsertPoint(MachineBasicBlock &MBB,
+                                                     unsigned SrcReg) {
+  // Handle the trivial case trivially.
+  if (MBB.empty())
+    return MBB.begin();
+
+  // If this basic block does not contain an invoke, then control flow always
+  // reaches the end of it, so place the copy there.  The logic below works in
+  // this case too, but is more expensive.
+  if (!isa<InvokeInst>(MBB.getBasicBlock()->getTerminator()))
+    return MBB.getFirstTerminator();
+
+  // Discover any definition/uses in this basic block.
+  SmallPtrSet<MachineInstr*, 8> DefUsesInMBB;
+  for (MachineRegisterInfo::reg_iterator RI = MRI->reg_begin(SrcReg),
+       RE = MRI->reg_end(); RI != RE; ++RI) {
+    MachineInstr *DefUseMI = &*RI;
+    if (DefUseMI->getParent() == &MBB)
+      DefUsesInMBB.insert(DefUseMI);
+  }
+
+  MachineBasicBlock::iterator InsertPoint;
+  if (DefUsesInMBB.empty()) {
+    // No def/uses.  Insert the copy at the start of the basic block.
+    InsertPoint = MBB.begin();
+  } else if (DefUsesInMBB.size() == 1) {
+    // Insert the copy immediately after the definition/use.
+    InsertPoint = *DefUsesInMBB.begin();
+    ++InsertPoint;
+  } else {
+    // Insert the copy immediately after the last definition/use.
+    InsertPoint = MBB.end();
+    while (!DefUsesInMBB.count(&*--InsertPoint)) {}
+    ++InsertPoint;
+  }
+
+  // Make sure the copy goes after any phi nodes however.
+  return SkipPHIsAndLabels(MBB, InsertPoint);
+}
+
 /// LowerAtomicPHINode - Lower the PHI node at the top of the specified block,
 /// under the assuption that it needs to be lowered in a way that supports
 /// atomic execution of PHIs.  This lowering method is always correct all of the
 /// time.
+/// 
 void PNE::LowerAtomicPHINode(MachineBasicBlock &MBB,
-                             MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt,
-                   DenseMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> &VRegPHIUseCount) {
+                             MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt) {
   // Unlink the PHI node from the basic block, but don't delete the PHI yet.
   MachineInstr *MPhi = MBB.remove(MBB.begin());
 
+  unsigned NumSrcs = (MPhi->getNumOperands() - 1) / 2;
   unsigned DestReg = MPhi->getOperand(0).getReg();
+  bool isDead = MPhi->getOperand(0).isDead();
 
-  // Create a new register for the incoming PHI arguments/
+  // Create a new register for the incoming PHI arguments.
   MachineFunction &MF = *MBB.getParent();
-  const TargetRegisterClass *RC = MF.getSSARegMap()->getRegClass(DestReg);
-  unsigned IncomingReg = MF.getSSARegMap()->createVirtualRegister(RC);
+  const TargetRegisterClass *RC = MF.getRegInfo().getRegClass(DestReg);
+  unsigned IncomingReg = 0;
 
-  // Insert a register to register copy in the top of the current block (but
+  // Insert a register to register copy at the top of the current block (but
   // after any remaining phi nodes) which copies the new incoming register
   // into the phi node destination.
-  //
-  const MRegisterInfo *RegInfo = MF.getTarget().getRegisterInfo();
-  RegInfo->copyRegToReg(MBB, AfterPHIsIt, DestReg, IncomingReg, RC);
+  const TargetInstrInfo *TII = MF.getTarget().getInstrInfo();
+  if (isSourceDefinedByImplicitDef(MPhi, MRI))
+    // If all sources of a PHI node are implicit_def, just emit an
+    // implicit_def instead of a copy.
+    BuildMI(MBB, AfterPHIsIt, MPhi->getDebugLoc(),
+            TII->get(TargetInstrInfo::IMPLICIT_DEF), DestReg);
+  else {
+    IncomingReg = MF.getRegInfo().createVirtualRegister(RC);
+    TII->copyRegToReg(MBB, AfterPHIsIt, DestReg, IncomingReg, RC, RC);
+  }
 
-  // Update live variable information if there is any...
-  LiveVariables *LV = getAnalysisToUpdate<LiveVariables>();
+  // Update live variable information if there is any.
+  LiveVariables *LV = getAnalysisIfAvailable<LiveVariables>();
   if (LV) {
     MachineInstr *PHICopy = prior(AfterPHIsIt);
 
-    // Add information to LiveVariables to know that the incoming value is
-    // killed.  Note that because the value is defined in several places (once
-    // each for each incoming block), the "def" block and instruction fields
-    // for the VarInfo is not filled in.
-    //
-    LV->addVirtualRegisterKilled(IncomingReg, PHICopy);
+    if (IncomingReg) {
+      // Increment use count of the newly created virtual register.
+      LV->getVarInfo(IncomingReg).NumUses++;
+
+      // Add information to LiveVariables to know that the incoming value is
+      // killed.  Note that because the value is defined in several places (once
+      // each for each incoming block), the "def" block and instruction fields
+      // for the VarInfo is not filled in.
+      LV->addVirtualRegisterKilled(IncomingReg, PHICopy);
+    }
 
-    // Since we are going to be deleting the PHI node, if it is the last use
-    // of any registers, or if the value itself is dead, we need to move this
+    // Since we are going to be deleting the PHI node, if it is the last use of
+    // any registers, or if the value itself is dead, we need to move this
     // information over to the new copy we just inserted.
-    //
     LV->removeVirtualRegistersKilled(MPhi);
 
     // If the result is dead, update LV.
-    if (LV->RegisterDefIsDead(MPhi, DestReg)) {
+    if (isDead) {
       LV->addVirtualRegisterDead(DestReg, PHICopy);
-      LV->removeVirtualRegistersDead(MPhi);
+      LV->removeVirtualRegisterDead(DestReg, MPhi);
     }
-    
-    // Realize that the destination register is defined by the PHI copy now, not
-    // the PHI itself.
-    LV->getVarInfo(DestReg).DefInst = PHICopy;
   }
 
-  // Adjust the VRegPHIUseCount map to account for the removal of this PHI
-  // node.
-  unsigned NumPreds = (MPhi->getNumOperands()-1)/2;
+  // Adjust the VRegPHIUseCount map to account for the removal of this PHI node.
   for (unsigned i = 1; i != MPhi->getNumOperands(); i += 2)
-    VRegPHIUseCount[MPhi->getOperand(i).getReg()] -= NumPreds;
-
-  // Now loop over all of the incoming arguments, changing them to copy into
-  // the IncomingReg register in the corresponding predecessor basic block.
-  //
-  std::set<MachineBasicBlock*> MBBsInsertedInto;
-  for (int i = MPhi->getNumOperands() - 1; i >= 2; i-=2) {
-    unsigned SrcReg = MPhi->getOperand(i-1).getReg();
-    assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg) &&
+    --VRegPHIUseCount[BBVRegPair(MPhi->getOperand(i + 1).getMBB(),
+                                 MPhi->getOperand(i).getReg())];
+
+  // Now loop over all of the incoming arguments, changing them to copy into the
+  // IncomingReg register in the corresponding predecessor basic block.
+  SmallPtrSet<MachineBasicBlock*, 8> MBBsInsertedInto;
+  for (int i = NumSrcs - 1; i >= 0; --i) {
+    unsigned SrcReg = MPhi->getOperand(i*2+1).getReg();
+    assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg) &&
            "Machine PHI Operands must all be virtual registers!");
 
-    // Get the MachineBasicBlock equivalent of the BasicBlock that is the
-    // source path the PHI.
-    MachineBasicBlock &opBlock = *MPhi->getOperand(i).getMachineBasicBlock();
+    // If source is defined by an implicit def, there is no need to insert a
+    // copy.
+    MachineInstr *DefMI = MRI->getVRegDef(SrcReg);
+    if (DefMI->getOpcode() == TargetInstrInfo::IMPLICIT_DEF) {
+      ImpDefs.insert(DefMI);
+      continue;
+    }
+
+    // Get the MachineBasicBlock equivalent of the BasicBlock that is the source
+    // path the PHI.
+    MachineBasicBlock &opBlock = *MPhi->getOperand(i*2+2).getMBB();
 
     // Check to make sure we haven't already emitted the copy for this block.
-    // This can happen because PHI nodes may have multiple entries for the
-    // same basic block.
-    if (!MBBsInsertedInto.insert(&opBlock).second)
+    // This can happen because PHI nodes may have multiple entries for the same
+    // basic block.
+    if (!MBBsInsertedInto.insert(&opBlock))
       continue;  // If the copy has already been emitted, we're done.
  
-    // Get an iterator pointing to the first terminator in the block (or end()).
-    // This is the point where we can insert a copy if we'd like to.
-    MachineBasicBlock::iterator I = opBlock.getFirstTerminator();
-    
+    // Find a safe location to insert the copy, this may be the first terminator
+    // in the block (or end()).
+    MachineBasicBlock::iterator InsertPos = FindCopyInsertPoint(opBlock, SrcReg);
+
     // Insert the copy.
-    RegInfo->copyRegToReg(opBlock, I, IncomingReg, SrcReg, RC);
+    TII->copyRegToReg(opBlock, InsertPos, IncomingReg, SrcReg, RC, RC);
 
     // Now update live variable information if we have it.  Otherwise we're done
     if (!LV) continue;
     
-    // We want to be able to insert a kill of the register if this PHI
-    // (aka, the copy we just inserted) is the last use of the source
-    // value.  Live variable analysis conservatively handles this by
-    // saying that the value is live until the end of the block the PHI
-    // entry lives in.  If the value really is dead at the PHI copy, there
-    // will be no successor blocks which have the value live-in.
-    //
-    // Check to see if the copy is the last use, and if so, update the
-    // live variables information so that it knows the copy source
-    // instruction kills the incoming value.
+    // We want to be able to insert a kill of the register if this PHI (aka, the
+    // copy we just inserted) is the last use of the source value.  Live
+    // variable analysis conservatively handles this by saying that the value is
+    // live until the end of the block the PHI entry lives in.  If the value
+    // really is dead at the PHI copy, there will be no successor blocks which
+    // have the value live-in.
     //
+    // Check to see if the copy is the last use, and if so, update the live
+    // variables information so that it knows the copy source instruction kills
+    // the incoming value.
     LiveVariables::VarInfo &InRegVI = LV->getVarInfo(SrcReg);
 
-    // Loop over all of the successors of the basic block, checking to see
-    // if the value is either live in the block, or if it is killed in the
-    // block.  Also check to see if this register is in use by another PHI
-    // node which has not yet been eliminated.  If so, it will be killed
-    // at an appropriate point later.
-    //
+    // Loop over all of the successors of the basic block, checking to see if
+    // the value is either live in the block, or if it is killed in the block.
+    // Also check to see if this register is in use by another PHI node which
+    // has not yet been eliminated.  If so, it will be killed at an appropriate
+    // point later.
 
     // Is it used by any PHI instructions in this block?
-    bool ValueIsLive = VRegPHIUseCount[SrcReg] != 0;
+    bool ValueIsLive = VRegPHIUseCount[BBVRegPair(&opBlock, SrcReg)] != 0;
 
     std::vector<MachineBasicBlock*> OpSuccBlocks;
     
@@ -218,8 +334,7 @@ void PNE::LowerAtomicPHINode(MachineBasicBlock &MBB,
 
       // Is it alive in this successor?
       unsigned SuccIdx = SuccMBB->getNumber();
-      if (SuccIdx < InRegVI.AliveBlocks.size() &&
-          InRegVI.AliveBlocks[SuccIdx]) {
+      if (InRegVI.AliveBlocks.test(SuccIdx)) {
         ValueIsLive = true;
         break;
       }
@@ -261,22 +376,56 @@ void PNE::LowerAtomicPHINode(MachineBasicBlock &MBB,
       }
     }        
 
-    // Okay, if we now know that the value is not live out of the block,
-    // we can add a kill marker to the copy we inserted saying that it
-    // kills the incoming value!
-    //
+    // Okay, if we now know that the value is not live out of the block, we can
+    // add a kill marker in this block saying that it kills the incoming value!
     if (!ValueIsLive) {
-      MachineBasicBlock::iterator Prev = prior(I);
-      LV->addVirtualRegisterKilled(SrcReg, Prev);
+      // In our final twist, we have to decide which instruction kills the
+      // register.  In most cases this is the copy, however, the first
+      // terminator instruction at the end of the block may also use the value.
+      // In this case, we should mark *it* as being the killing block, not the
+      // copy.
+      MachineBasicBlock::iterator KillInst = prior(InsertPos);
+      MachineBasicBlock::iterator Term = opBlock.getFirstTerminator();
+      if (Term != opBlock.end()) {
+        if (Term->readsRegister(SrcReg))
+          KillInst = Term;
+      
+        // Check that no other terminators use values.
+#ifndef NDEBUG
+        for (MachineBasicBlock::iterator TI = next(Term); TI != opBlock.end();
+             ++TI) {
+          assert(!TI->readsRegister(SrcReg) &&
+                 "Terminator instructions cannot use virtual registers unless"
+                 "they are the first terminator in a block!");
+        }
+#endif
+      }
+      
+      // Finally, mark it killed.
+      LV->addVirtualRegisterKilled(SrcReg, KillInst);
 
       // This vreg no longer lives all of the way through opBlock.
       unsigned opBlockNum = opBlock.getNumber();
-      if (opBlockNum < InRegVI.AliveBlocks.size())
-        InRegVI.AliveBlocks[opBlockNum] = false;
+      InRegVI.AliveBlocks.reset(opBlockNum);
     }
   }
     
   // Really delete the PHI instruction now!
-  delete MPhi;
+  MF.DeleteMachineInstr(MPhi);
   ++NumAtomic;
 }
+
+/// analyzePHINodes - Gather information about the PHI nodes in here. In
+/// particular, we want to map the number of uses of a virtual register which is
+/// used in a PHI node. We map that to the BB the vreg is coming from. This is
+/// used later to determine when the vreg is killed in the BB.
+///
+void PNE::analyzePHINodes(const MachineFunction& Fn) {
+  for (MachineFunction::const_iterator I = Fn.begin(), E = Fn.end();
+       I != E; ++I)
+    for (MachineBasicBlock::const_iterator BBI = I->begin(), BBE = I->end();
+         BBI != BBE && BBI->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI; ++BBI)
+      for (unsigned i = 1, e = BBI->getNumOperands(); i != e; i += 2)
+        ++VRegPHIUseCount[BBVRegPair(BBI->getOperand(i + 1).getMBB(),
+                                     BBI->getOperand(i).getReg())];
+}