Move RegAllocBase into its own cpp file separate from RABasic.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocFast.cpp
index 6bc492ed38ca7879f179e94164eb0f35da6c7146..93f39b6c661e4e39c6b4ad5d12a4aa619c0c7065 100644 (file)
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 
 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
+#include "RegisterClassInfo.h"
 #include "llvm/BasicBlock.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineInstrBuilder.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
@@ -37,6 +39,7 @@ using namespace llvm;
 
 STATISTIC(NumStores, "Number of stores added");
 STATISTIC(NumLoads , "Number of loads added");
+STATISTIC(NumCopies, "Number of copies coalesced");
 
 static RegisterRegAlloc
   fastRegAlloc("fast", "fast register allocator", createFastRegisterAllocator);
@@ -45,20 +48,45 @@ namespace {
   class RAFast : public MachineFunctionPass {
   public:
     static char ID;
-    RAFast() : MachineFunctionPass(&ID), StackSlotForVirtReg(-1) {}
+    RAFast() : MachineFunctionPass(ID), StackSlotForVirtReg(-1),
+               isBulkSpilling(false) {
+      initializePHIEliminationPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+      initializeTwoAddressInstructionPassPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
+    }
   private:
     const TargetMachine *TM;
     MachineFunction *MF;
+    MachineRegisterInfo *MRI;
     const TargetRegisterInfo *TRI;
     const TargetInstrInfo *TII;
+    RegisterClassInfo RegClassInfo;
+
+    // Basic block currently being allocated.
+    MachineBasicBlock *MBB;
 
     // StackSlotForVirtReg - Maps virtual regs to the frame index where these
     // values are spilled.
     IndexedMap<int, VirtReg2IndexFunctor> StackSlotForVirtReg;
 
-    // Virt2PhysMap - This map contains entries for each virtual register
+    // Everything we know about a live virtual register.
+    struct LiveReg {
+      MachineInstr *LastUse;    // Last instr to use reg.
+      unsigned PhysReg;         // Currently held here.
+      unsigned short LastOpNum; // OpNum on LastUse.
+      bool Dirty;               // Register needs spill.
+
+      LiveReg(unsigned p=0) : LastUse(0), PhysReg(p), LastOpNum(0),
+                              Dirty(false) {}
+    };
+
+    typedef DenseMap<unsigned, LiveReg> LiveRegMap;
+    typedef LiveRegMap::value_type LiveRegEntry;
+
+    // LiveVirtRegs - This map contains entries for each virtual register
     // that is currently available in a physical register.
-    DenseMap<unsigned, unsigned> Virt2PhysMap;
+    LiveRegMap LiveVirtRegs;
+
+    DenseMap<unsigned, SmallVector<MachineInstr *, 4> > LiveDbgValueMap;
 
     // RegState - Track the state of a physical register.
     enum RegState {
@@ -71,13 +99,13 @@ namespace {
       // immediately without checking aliases.
       regFree,
 
-      // A reserved register has been assigned expolicitly (e.g., setting up a
+      // A reserved register has been assigned explicitly (e.g., setting up a
       // call parameter), and it remains reserved until it is used.
       regReserved
 
       // A register state may also be a virtual register number, indication that
       // the physical register is currently allocated to a virtual register. In
-      // that case, Virt2PhysMap contains the inverse mapping.
+      // that case, LiveVirtRegs contains the inverse mapping.
     };
 
     // PhysRegState - One of the RegState enums, or a virtreg.
@@ -87,14 +115,21 @@ namespace {
     // instruction, and so cannot be allocated.
     BitVector UsedInInstr;
 
-    // PhysRegDirty - A bit is set for each physreg that holds a dirty virtual
-    // register. Bits for physregs that are not mapped to a virtual register are
-    // invalid.
-    BitVector PhysRegDirty;
+    // SkippedInstrs - Descriptors of instructions whose clobber list was
+    // ignored because all registers were spilled. It is still necessary to
+    // mark all the clobbered registers as used by the function.
+    SmallPtrSet<const MCInstrDesc*, 4> SkippedInstrs;
 
-    // ReservedRegs - vector of reserved physical registers.
-    BitVector ReservedRegs;
+    // isBulkSpilling - This flag is set when LiveRegMap will be cleared
+    // completely after spilling all live registers. LiveRegMap entries should
+    // not be erased.
+    bool isBulkSpilling;
 
+    enum {
+      spillClean = 1,
+      spillDirty = 100,
+      spillImpossible = ~0u
+    };
   public:
     virtual const char *getPassName() const {
       return "Fast Register Allocator";
@@ -109,25 +144,29 @@ namespace {
 
   private:
     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn);
-    void AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB);
+    void AllocateBasicBlock();
+    void handleThroughOperands(MachineInstr *MI,
+                               SmallVectorImpl<unsigned> &VirtDead);
     int getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC);
+    bool isLastUseOfLocalReg(MachineOperand&);
+
+    void addKillFlag(const LiveReg&);
+    void killVirtReg(LiveRegMap::iterator);
     void killVirtReg(unsigned VirtReg);
-    void spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator MI,
-                      unsigned VirtReg, bool isKill);
-    void killPhysReg(unsigned PhysReg);
-    void spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
-                      unsigned PhysReg, bool isKill);
-    void assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
-    unsigned allocVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
-                          unsigned VirtReg);
-    unsigned defineVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
-                           unsigned VirtReg);
-    unsigned reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
-                           unsigned VirtReg);
-    void reservePhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
-                        unsigned PhysReg);
-    void spillAll(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI);
-    void setPhysReg(MachineOperand &MO, unsigned PhysReg);
+    void spillVirtReg(MachineBasicBlock::iterator MI, LiveRegMap::iterator);
+    void spillVirtReg(MachineBasicBlock::iterator MI, unsigned VirtReg);
+
+    void usePhysReg(MachineOperand&);
+    void definePhysReg(MachineInstr *MI, unsigned PhysReg, RegState NewState);
+    unsigned calcSpillCost(unsigned PhysReg) const;
+    void assignVirtToPhysReg(LiveRegEntry &LRE, unsigned PhysReg);
+    void allocVirtReg(MachineInstr *MI, LiveRegEntry &LRE, unsigned Hint);
+    LiveRegMap::iterator defineVirtReg(MachineInstr *MI, unsigned OpNum,
+                                       unsigned VirtReg, unsigned Hint);
+    LiveRegMap::iterator reloadVirtReg(MachineInstr *MI, unsigned OpNum,
+                                       unsigned VirtReg, unsigned Hint);
+    void spillAll(MachineInstr *MI);
+    bool setPhysReg(MachineInstr *MI, unsigned OpNum, unsigned PhysReg);
   };
   char RAFast::ID = 0;
 }
@@ -149,366 +188,601 @@ int RAFast::getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC) {
   return FrameIdx;
 }
 
+/// isLastUseOfLocalReg - Return true if MO is the only remaining reference to
+/// its virtual register, and it is guaranteed to be a block-local register.
+///
+bool RAFast::isLastUseOfLocalReg(MachineOperand &MO) {
+  // Check for non-debug uses or defs following MO.
+  // This is the most likely way to fail - fast path it.
+  MachineOperand *Next = &MO;
+  while ((Next = Next->getNextOperandForReg()))
+    if (!Next->isDebug())
+      return false;
+
+  // If the register has ever been spilled or reloaded, we conservatively assume
+  // it is a global register used in multiple blocks.
+  if (StackSlotForVirtReg[MO.getReg()] != -1)
+    return false;
+
+  // Check that the use/def chain has exactly one operand - MO.
+  return &MRI->reg_nodbg_begin(MO.getReg()).getOperand() == &MO;
+}
+
+/// addKillFlag - Set kill flags on last use of a virtual register.
+void RAFast::addKillFlag(const LiveReg &LR) {
+  if (!LR.LastUse) return;
+  MachineOperand &MO = LR.LastUse->getOperand(LR.LastOpNum);
+  if (MO.isUse() && !LR.LastUse->isRegTiedToDefOperand(LR.LastOpNum)) {
+    if (MO.getReg() == LR.PhysReg)
+      MO.setIsKill();
+    else
+      LR.LastUse->addRegisterKilled(LR.PhysReg, TRI, true);
+  }
+}
+
+/// killVirtReg - Mark virtreg as no longer available.
+void RAFast::killVirtReg(LiveRegMap::iterator LRI) {
+  addKillFlag(LRI->second);
+  const LiveReg &LR = LRI->second;
+  assert(PhysRegState[LR.PhysReg] == LRI->first && "Broken RegState mapping");
+  PhysRegState[LR.PhysReg] = regFree;
+  // Erase from LiveVirtRegs unless we're spilling in bulk.
+  if (!isBulkSpilling)
+    LiveVirtRegs.erase(LRI);
+}
+
 /// killVirtReg - Mark virtreg as no longer available.
 void RAFast::killVirtReg(unsigned VirtReg) {
   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg) &&
          "killVirtReg needs a virtual register");
-  DEBUG(dbgs() << "  Killing %reg" << VirtReg << "\n");
-  DenseMap<unsigned,unsigned>::iterator i = Virt2PhysMap.find(VirtReg);
-  if (i == Virt2PhysMap.end()) return;
-  unsigned PhysReg = i->second;
-  assert(PhysRegState[PhysReg] == VirtReg && "Broken RegState mapping");
-  PhysRegState[PhysReg] = regFree;
-  Virt2PhysMap.erase(i);
+  LiveRegMap::iterator LRI = LiveVirtRegs.find(VirtReg);
+  if (LRI != LiveVirtRegs.end())
+    killVirtReg(LRI);
 }
 
 /// spillVirtReg - This method spills the value specified by VirtReg into the
-/// corresponding stack slot if needed. If isKill is set, the register is also
-/// killed.
-void RAFast::spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB,
-                          MachineBasicBlock::iterator I,
-                          unsigned VirtReg, bool isKill) {
+/// corresponding stack slot if needed.
+void RAFast::spillVirtReg(MachineBasicBlock::iterator MI, unsigned VirtReg) {
   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg) &&
          "Spilling a physical register is illegal!");
-  DenseMap<unsigned,unsigned>::iterator i = Virt2PhysMap.find(VirtReg);
-  assert(i != Virt2PhysMap.end() && "Spilling unmapped virtual register");
-  unsigned PhysReg = i->second;
-  assert(PhysRegState[PhysReg] == VirtReg && "Broken RegState mapping");
-
-  if (PhysRegDirty.test(PhysReg)) {
-    PhysRegDirty.reset(PhysReg);
-    DEBUG(dbgs() << "  Spilling register " << TRI->getName(PhysReg)
-      << " containing %reg" << VirtReg);
-    const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
-    int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
-    DEBUG(dbgs() << " to stack slot #" << FrameIndex << "\n");
-    TII->storeRegToStackSlot(MBB, I, PhysReg, isKill, FrameIndex, RC, TRI);
+  LiveRegMap::iterator LRI = LiveVirtRegs.find(VirtReg);
+  assert(LRI != LiveVirtRegs.end() && "Spilling unmapped virtual register");
+  spillVirtReg(MI, LRI);
+}
+
+/// spillVirtReg - Do the actual work of spilling.
+void RAFast::spillVirtReg(MachineBasicBlock::iterator MI,
+                          LiveRegMap::iterator LRI) {
+  LiveReg &LR = LRI->second;
+  assert(PhysRegState[LR.PhysReg] == LRI->first && "Broken RegState mapping");
+
+  if (LR.Dirty) {
+    // If this physreg is used by the instruction, we want to kill it on the
+    // instruction, not on the spill.
+    bool SpillKill = LR.LastUse != MI;
+    LR.Dirty = false;
+    DEBUG(dbgs() << "Spilling " << PrintReg(LRI->first, TRI)
+                 << " in " << PrintReg(LR.PhysReg, TRI));
+    const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(LRI->first);
+    int FI = getStackSpaceFor(LRI->first, RC);
+    DEBUG(dbgs() << " to stack slot #" << FI << "\n");
+    TII->storeRegToStackSlot(*MBB, MI, LR.PhysReg, SpillKill, FI, RC, TRI);
     ++NumStores;   // Update statistics
-  }
 
-  if (isKill) {
-    PhysRegState[PhysReg] = regFree;
-    Virt2PhysMap.erase(i);
+    // If this register is used by DBG_VALUE then insert new DBG_VALUE to
+    // identify spilled location as the place to find corresponding variable's
+    // value.
+    SmallVector<MachineInstr *, 4> &LRIDbgValues = LiveDbgValueMap[LRI->first];
+    for (unsigned li = 0, le = LRIDbgValues.size(); li != le; ++li) {
+      MachineInstr *DBG = LRIDbgValues[li];
+      const MDNode *MDPtr =
+        DBG->getOperand(DBG->getNumOperands()-1).getMetadata();
+      int64_t Offset = 0;
+      if (DBG->getOperand(1).isImm())
+        Offset = DBG->getOperand(1).getImm();
+      DebugLoc DL;
+      if (MI == MBB->end()) {
+        // If MI is at basic block end then use last instruction's location.
+        MachineBasicBlock::iterator EI = MI;
+        DL = (--EI)->getDebugLoc();
+      }
+      else
+        DL = MI->getDebugLoc();
+      if (MachineInstr *NewDV =
+          TII->emitFrameIndexDebugValue(*MF, FI, Offset, MDPtr, DL)) {
+        MachineBasicBlock *MBB = DBG->getParent();
+        MBB->insert(MI, NewDV);
+        DEBUG(dbgs() << "Inserting debug info due to spill:" << "\n" << *NewDV);
+      }
+    }
+    // Now this register is spilled there is should not be any DBG_VALUE pointing
+    // to this register because they are all pointing to spilled value now.
+    LRIDbgValues.clear();
+    if (SpillKill)
+      LR.LastUse = 0; // Don't kill register again
   }
+  killVirtReg(LRI);
 }
 
 /// spillAll - Spill all dirty virtregs without killing them.
-void RAFast::spillAll(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI) {
-  SmallVector<unsigned, 16> Dirty;
-  for (DenseMap<unsigned,unsigned>::iterator i = Virt2PhysMap.begin(),
-       e = Virt2PhysMap.end(); i != e; ++i)
-    if (PhysRegDirty.test(i->second))
-      Dirty.push_back(i->first);
-  for (unsigned i = 0, e = Dirty.size(); i != e; ++i)
-    spillVirtReg(MBB, MI, Dirty[i], false);
+void RAFast::spillAll(MachineInstr *MI) {
+  if (LiveVirtRegs.empty()) return;
+  isBulkSpilling = true;
+  // The LiveRegMap is keyed by an unsigned (the virtreg number), so the order
+  // of spilling here is deterministic, if arbitrary.
+  for (LiveRegMap::iterator i = LiveVirtRegs.begin(), e = LiveVirtRegs.end();
+       i != e; ++i)
+    spillVirtReg(MI, i);
+  LiveVirtRegs.clear();
+  isBulkSpilling = false;
 }
 
-/// killPhysReg - Kill any virtual register aliased by PhysReg.
-void RAFast::killPhysReg(unsigned PhysReg) {
-  // Fast path for the normal case.
-  switch (unsigned VirtReg = PhysRegState[PhysReg]) {
+/// usePhysReg - Handle the direct use of a physical register.
+/// Check that the register is not used by a virtreg.
+/// Kill the physreg, marking it free.
+/// This may add implicit kills to MO->getParent() and invalidate MO.
+void RAFast::usePhysReg(MachineOperand &MO) {
+  unsigned PhysReg = MO.getReg();
+  assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(PhysReg) &&
+         "Bad usePhysReg operand");
+
+  switch (PhysRegState[PhysReg]) {
   case regDisabled:
     break;
-  case regFree:
-    return;
   case regReserved:
     PhysRegState[PhysReg] = regFree;
+    // Fall through
+  case regFree:
+    UsedInInstr.set(PhysReg);
+    MO.setIsKill();
     return;
   default:
-    killVirtReg(VirtReg);
-    return;
+    // The physreg was allocated to a virtual register. That means the value we
+    // wanted has been clobbered.
+    llvm_unreachable("Instruction uses an allocated register");
   }
 
-  // This is a disabled register, we have to check aliases.
+  // Maybe a superregister is reserved?
   for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(PhysReg);
        unsigned Alias = *AS; ++AS) {
-    switch (unsigned VirtReg = PhysRegState[Alias]) {
+    switch (PhysRegState[Alias]) {
     case regDisabled:
-    case regFree:
       break;
     case regReserved:
+      assert(TRI->isSuperRegister(PhysReg, Alias) &&
+             "Instruction is not using a subregister of a reserved register");
+      // Leave the superregister in the working set.
       PhysRegState[Alias] = regFree;
+      UsedInInstr.set(Alias);
+      MO.getParent()->addRegisterKilled(Alias, TRI, true);
+      return;
+    case regFree:
+      if (TRI->isSuperRegister(PhysReg, Alias)) {
+        // Leave the superregister in the working set.
+        UsedInInstr.set(Alias);
+        MO.getParent()->addRegisterKilled(Alias, TRI, true);
+        return;
+      }
+      // Some other alias was in the working set - clear it.
+      PhysRegState[Alias] = regDisabled;
       break;
     default:
-      killVirtReg(VirtReg);
-      break;
+      llvm_unreachable("Instruction uses an alias of an allocated register");
     }
   }
+
+  // All aliases are disabled, bring register into working set.
+  PhysRegState[PhysReg] = regFree;
+  UsedInInstr.set(PhysReg);
+  MO.setIsKill();
 }
 
-/// spillPhysReg - Spill any dirty virtual registers that aliases PhysReg. If
-/// isKill is set, they are also killed.
-void RAFast::spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
-                           unsigned PhysReg, bool isKill) {
+/// definePhysReg - Mark PhysReg as reserved or free after spilling any
+/// virtregs. This is very similar to defineVirtReg except the physreg is
+/// reserved instead of allocated.
+void RAFast::definePhysReg(MachineInstr *MI, unsigned PhysReg,
+                           RegState NewState) {
+  UsedInInstr.set(PhysReg);
   switch (unsigned VirtReg = PhysRegState[PhysReg]) {
   case regDisabled:
     break;
+  default:
+    spillVirtReg(MI, VirtReg);
+    // Fall through.
   case regFree:
-    return;
   case regReserved:
-    if (isKill)
-      PhysRegState[PhysReg] = regFree;
+    PhysRegState[PhysReg] = NewState;
     return;
+  }
+
+  // This is a disabled register, disable all aliases.
+  PhysRegState[PhysReg] = NewState;
+  for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(PhysReg);
+       unsigned Alias = *AS; ++AS) {
+    switch (unsigned VirtReg = PhysRegState[Alias]) {
+    case regDisabled:
+      break;
+    default:
+      spillVirtReg(MI, VirtReg);
+      // Fall through.
+    case regFree:
+    case regReserved:
+      PhysRegState[Alias] = regDisabled;
+      if (TRI->isSuperRegister(PhysReg, Alias))
+        return;
+      break;
+    }
+  }
+}
+
+
+// calcSpillCost - Return the cost of spilling clearing out PhysReg and
+// aliases so it is free for allocation.
+// Returns 0 when PhysReg is free or disabled with all aliases disabled - it
+// can be allocated directly.
+// Returns spillImpossible when PhysReg or an alias can't be spilled.
+unsigned RAFast::calcSpillCost(unsigned PhysReg) const {
+  if (UsedInInstr.test(PhysReg)) {
+    DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << " is already used in instr.\n");
+    return spillImpossible;
+  }
+  switch (unsigned VirtReg = PhysRegState[PhysReg]) {
+  case regDisabled:
+    break;
+  case regFree:
+    return 0;
+  case regReserved:
+    DEBUG(dbgs() << PrintReg(VirtReg, TRI) << " corresponding "
+                 << PrintReg(PhysReg, TRI) << " is reserved already.\n");
+    return spillImpossible;
   default:
-    spillVirtReg(MBB, MI, VirtReg, isKill);
-    return;
+    return LiveVirtRegs.lookup(VirtReg).Dirty ? spillDirty : spillClean;
   }
 
-  // This is a disabled register, we have to check aliases.
+  // This is a disabled register, add up cost of aliases.
+  DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << " is disabled.\n");
+  unsigned Cost = 0;
   for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(PhysReg);
        unsigned Alias = *AS; ++AS) {
+    if (UsedInInstr.test(Alias))
+      return spillImpossible;
     switch (unsigned VirtReg = PhysRegState[Alias]) {
     case regDisabled:
+      break;
     case regFree:
+      ++Cost;
       break;
     case regReserved:
-      if (isKill)
-        PhysRegState[Alias] = regFree;
-      break;
+      return spillImpossible;
     default:
-      spillVirtReg(MBB, MI, VirtReg, isKill);
+      Cost += LiveVirtRegs.lookup(VirtReg).Dirty ? spillDirty : spillClean;
       break;
     }
   }
+  return Cost;
 }
 
+
 /// assignVirtToPhysReg - This method updates local state so that we know
 /// that PhysReg is the proper container for VirtReg now.  The physical
 /// register must not be used for anything else when this is called.
 ///
-void RAFast::assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
-  DEBUG(dbgs() << "  Assigning %reg" << VirtReg << " to "
-               << TRI->getName(PhysReg) << "\n");
-  Virt2PhysMap.insert(std::make_pair(VirtReg, PhysReg));
-  PhysRegState[PhysReg] = VirtReg;
+void RAFast::assignVirtToPhysReg(LiveRegEntry &LRE, unsigned PhysReg) {
+  DEBUG(dbgs() << "Assigning " << PrintReg(LRE.first, TRI) << " to "
+               << PrintReg(PhysReg, TRI) << "\n");
+  PhysRegState[PhysReg] = LRE.first;
+  assert(!LRE.second.PhysReg && "Already assigned a physreg");
+  LRE.second.PhysReg = PhysReg;
 }
 
 /// allocVirtReg - Allocate a physical register for VirtReg.
-unsigned RAFast::allocVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
-                              unsigned VirtReg) {
-  const unsigned spillCost = 100;
+void RAFast::allocVirtReg(MachineInstr *MI, LiveRegEntry &LRE, unsigned Hint) {
+  const unsigned VirtReg = LRE.first;
+
   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg) &&
          "Can only allocate virtual registers");
 
-  const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
-  TargetRegisterClass::iterator AOB = RC->allocation_order_begin(*MF);
-  TargetRegisterClass::iterator AOE = RC->allocation_order_end(*MF);
-
-  // First try to find a completely free register.
-  unsigned BestCost = 0, BestReg = 0;
-  bool hasDisabled = false;
-  for (TargetRegisterClass::iterator I = AOB; I != AOE; ++I) {
-    unsigned PhysReg = *I;
-    switch(PhysRegState[PhysReg]) {
-    case regDisabled:
-      hasDisabled = true;
-    case regReserved:
-      continue;
-    case regFree:
-      if (!UsedInInstr.test(PhysReg)) {
-        assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
-        return PhysReg;
-      }
-      continue;
-    default:
-      // Grab the first spillable register we meet.
-      if (!BestReg && !UsedInInstr.test(PhysReg)) {
-        BestReg = PhysReg;
-        BestCost = PhysRegDirty.test(PhysReg) ? spillCost : 1;
-      }
-      continue;
+  const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(VirtReg);
+
+  // Ignore invalid hints.
+  if (Hint && (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Hint) ||
+               !RC->contains(Hint) || !RegClassInfo.isAllocatable(Hint)))
+    Hint = 0;
+
+  // Take hint when possible.
+  if (Hint) {
+    // Ignore the hint if we would have to spill a dirty register.
+    unsigned Cost = calcSpillCost(Hint);
+    if (Cost < spillDirty) {
+      if (Cost)
+        definePhysReg(MI, Hint, regFree);
+      return assignVirtToPhysReg(LRE, Hint);
     }
   }
 
-  DEBUG(dbgs() << "  Allocating %reg" << VirtReg << " from " << RC->getName()
-               << " candidate=" << TRI->getName(BestReg) << "\n");
+  ArrayRef<unsigned> AO = RegClassInfo.getOrder(RC);
 
-  // Try to extend the working set for RC if there were any disabled registers.
-  if (hasDisabled && (!BestReg || BestCost >= spillCost)) {
-    for (TargetRegisterClass::iterator I = AOB; I != AOE; ++I) {
-      unsigned PhysReg = *I;
-      if (PhysRegState[PhysReg] != regDisabled || UsedInInstr.test(PhysReg))
-        continue;
+  // First try to find a completely free register.
+  for (ArrayRef<unsigned>::iterator I = AO.begin(), E = AO.end(); I != E; ++I) {
+    unsigned PhysReg = *I;
+    if (PhysRegState[PhysReg] == regFree && !UsedInInstr.test(PhysReg))
+      return assignVirtToPhysReg(LRE, PhysReg);
+  }
 
-      // Calculate the cost of bringing PhysReg into the working set.
-      unsigned Cost=0;
-      bool Impossible = false;
-      for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(PhysReg);
-      unsigned Alias = *AS; ++AS) {
-        if (UsedInInstr.test(Alias)) {
-          Impossible = true;
-          break;
-        }
-        switch (PhysRegState[Alias]) {
-        case regDisabled:
-          break;
-        case regReserved:
-          Impossible = true;
-          break;
-        case regFree:
-          Cost++;
-          break;
-        default:
-          Cost += PhysRegDirty.test(Alias) ? spillCost : 1;
-          break;
-        }
-      }
-      if (Impossible) continue;
-      DEBUG(dbgs() << "  - candidate " << TRI->getName(PhysReg)
-        << " cost=" << Cost << "\n");
-      if (!BestReg || Cost < BestCost) {
-        BestReg = PhysReg;
-        BestCost = Cost;
-        if (Cost < spillCost) break;
-      }
-    }
+  DEBUG(dbgs() << "Allocating " << PrintReg(VirtReg) << " from "
+               << RC->getName() << "\n");
+
+  unsigned BestReg = 0, BestCost = spillImpossible;
+  for (ArrayRef<unsigned>::iterator I = AO.begin(), E = AO.end(); I != E; ++I) {
+    unsigned Cost = calcSpillCost(*I);
+    DEBUG(dbgs() << "\tRegister: " << PrintReg(*I, TRI) << "\n");
+    DEBUG(dbgs() << "\tCost: " << Cost << "\n");
+    DEBUG(dbgs() << "\tBestCost: " << BestCost << "\n");
+    // Cost is 0 when all aliases are already disabled.
+    if (Cost == 0)
+      return assignVirtToPhysReg(LRE, *I);
+    if (Cost < BestCost)
+      BestReg = *I, BestCost = Cost;
   }
 
   if (BestReg) {
-    // BestCost is 0 when all aliases are already disabled.
-    if (BestCost) {
-      if (PhysRegState[BestReg] != regDisabled)
-        spillVirtReg(MBB, MI, PhysRegState[BestReg], true);
-      else {
-        // Make sure all aliases are disabled.
-        for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(BestReg);
-             unsigned Alias = *AS; ++AS) {
-          switch (PhysRegState[Alias]) {
-          case regDisabled:
-            continue;
-          case regFree:
-            PhysRegState[Alias] = regDisabled;
-            break;
-          default:
-            spillVirtReg(MBB, MI, PhysRegState[Alias], true);
-            PhysRegState[Alias] = regDisabled;
-            break;
-          }
-        }
-      }
-    }
-    assignVirtToPhysReg(VirtReg, BestReg);
-    return BestReg;
+    definePhysReg(MI, BestReg, regFree);
+    return assignVirtToPhysReg(LRE, BestReg);
   }
 
-  // Nothing we can do.
-  std::string msg;
-  raw_string_ostream Msg(msg);
-  Msg << "Ran out of registers during register allocation!";
-  if (MI->isInlineAsm()) {
-    Msg << "\nPlease check your inline asm statement for "
-        << "invalid constraints:\n";
-    MI->print(Msg, TM);
-  }
-  report_fatal_error(Msg.str());
-  return 0;
+  // Nothing we can do. Report an error and keep going with a bad allocation.
+  MI->emitError("ran out of registers during register allocation");
+  definePhysReg(MI, *AO.begin(), regFree);
+  assignVirtToPhysReg(LRE, *AO.begin());
 }
 
 /// defineVirtReg - Allocate a register for VirtReg and mark it as dirty.
-unsigned RAFast::defineVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
-                               unsigned VirtReg) {
+RAFast::LiveRegMap::iterator
+RAFast::defineVirtReg(MachineInstr *MI, unsigned OpNum,
+                      unsigned VirtReg, unsigned Hint) {
   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg) &&
          "Not a virtual register");
-  unsigned PhysReg = Virt2PhysMap.lookup(VirtReg);
-  if (!PhysReg)
-    PhysReg = allocVirtReg(MBB, MI, VirtReg);
-  UsedInInstr.set(PhysReg);
-  PhysRegDirty.set(PhysReg);
-  return PhysReg;
+  LiveRegMap::iterator LRI;
+  bool New;
+  tie(LRI, New) = LiveVirtRegs.insert(std::make_pair(VirtReg, LiveReg()));
+  LiveReg &LR = LRI->second;
+  if (New) {
+    // If there is no hint, peek at the only use of this register.
+    if ((!Hint || !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Hint)) &&
+        MRI->hasOneNonDBGUse(VirtReg)) {
+      const MachineInstr &UseMI = *MRI->use_nodbg_begin(VirtReg);
+      // It's a copy, use the destination register as a hint.
+      if (UseMI.isCopyLike())
+        Hint = UseMI.getOperand(0).getReg();
+    }
+    allocVirtReg(MI, *LRI, Hint);
+  } else if (LR.LastUse) {
+    // Redefining a live register - kill at the last use, unless it is this
+    // instruction defining VirtReg multiple times.
+    if (LR.LastUse != MI || LR.LastUse->getOperand(LR.LastOpNum).isUse())
+      addKillFlag(LR);
+  }
+  assert(LR.PhysReg && "Register not assigned");
+  LR.LastUse = MI;
+  LR.LastOpNum = OpNum;
+  LR.Dirty = true;
+  UsedInInstr.set(LR.PhysReg);
+  return LRI;
 }
 
 /// reloadVirtReg - Make sure VirtReg is available in a physreg and return it.
-unsigned RAFast::reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
-                               unsigned VirtReg) {
+RAFast::LiveRegMap::iterator
+RAFast::reloadVirtReg(MachineInstr *MI, unsigned OpNum,
+                      unsigned VirtReg, unsigned Hint) {
   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg) &&
          "Not a virtual register");
-  unsigned PhysReg = Virt2PhysMap.lookup(VirtReg);
-  if (!PhysReg) {
-    PhysReg = allocVirtReg(MBB, MI, VirtReg);
-    PhysRegDirty.reset(PhysReg);
-    const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
+  LiveRegMap::iterator LRI;
+  bool New;
+  tie(LRI, New) = LiveVirtRegs.insert(std::make_pair(VirtReg, LiveReg()));
+  LiveReg &LR = LRI->second;
+  MachineOperand &MO = MI->getOperand(OpNum);
+  if (New) {
+    allocVirtReg(MI, *LRI, Hint);
+    const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(VirtReg);
     int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
-    DEBUG(dbgs() << "  Reloading %reg" << VirtReg << " into "
-      << TRI->getName(PhysReg) << "\n");
-    TII->loadRegFromStackSlot(MBB, MI, PhysReg, FrameIndex, RC, TRI);
+    DEBUG(dbgs() << "Reloading " << PrintReg(VirtReg, TRI) << " into "
+                 << PrintReg(LR.PhysReg, TRI) << "\n");
+    TII->loadRegFromStackSlot(*MBB, MI, LR.PhysReg, FrameIndex, RC, TRI);
     ++NumLoads;
+  } else if (LR.Dirty) {
+    if (isLastUseOfLocalReg(MO)) {
+      DEBUG(dbgs() << "Killing last use: " << MO << "\n");
+      if (MO.isUse())
+        MO.setIsKill();
+      else
+        MO.setIsDead();
+    } else if (MO.isKill()) {
+      DEBUG(dbgs() << "Clearing dubious kill: " << MO << "\n");
+      MO.setIsKill(false);
+    } else if (MO.isDead()) {
+      DEBUG(dbgs() << "Clearing dubious dead: " << MO << "\n");
+      MO.setIsDead(false);
+    }
+  } else if (MO.isKill()) {
+    // We must remove kill flags from uses of reloaded registers because the
+    // register would be killed immediately, and there might be a second use:
+    //   %foo = OR %x<kill>, %x
+    // This would cause a second reload of %x into a different register.
+    DEBUG(dbgs() << "Clearing clean kill: " << MO << "\n");
+    MO.setIsKill(false);
+  } else if (MO.isDead()) {
+    DEBUG(dbgs() << "Clearing clean dead: " << MO << "\n");
+    MO.setIsDead(false);
   }
-  UsedInInstr.set(PhysReg);
-  return PhysReg;
+  assert(LR.PhysReg && "Register not assigned");
+  LR.LastUse = MI;
+  LR.LastOpNum = OpNum;
+  UsedInInstr.set(LR.PhysReg);
+  return LRI;
 }
 
-/// reservePhysReg - Mark PhysReg as reserved. This is very similar to
-/// defineVirtReg except the physreg is reverved instead of allocated.
-void RAFast::reservePhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
-                            unsigned PhysReg) {
-  UsedInInstr.set(PhysReg);
-  switch (unsigned VirtReg = PhysRegState[PhysReg]) {
-  case regDisabled:
-    break;
-  case regFree:
-    PhysRegState[PhysReg] = regReserved;
-    return;
-  case regReserved:
-    return;
-  default:
-    spillVirtReg(MBB, MI, VirtReg, true);
-    PhysRegState[PhysReg] = regReserved;
-    return;
+// setPhysReg - Change operand OpNum in MI the refer the PhysReg, considering
+// subregs. This may invalidate any operand pointers.
+// Return true if the operand kills its register.
+bool RAFast::setPhysReg(MachineInstr *MI, unsigned OpNum, unsigned PhysReg) {
+  MachineOperand &MO = MI->getOperand(OpNum);
+  if (!MO.getSubReg()) {
+    MO.setReg(PhysReg);
+    return MO.isKill() || MO.isDead();
   }
 
-  // This is a disabled register, disable all aliases.
-  for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(PhysReg);
-       unsigned Alias = *AS; ++AS) {
-    UsedInInstr.set(Alias);
-    switch (unsigned VirtReg = PhysRegState[Alias]) {
-    case regDisabled:
-    case regFree:
-      break;
-    case regReserved:
-      // is a super register already reserved?
-      if (TRI->isSuperRegister(PhysReg, Alias))
-        return;
-      break;
-    default:
-      spillVirtReg(MBB, MI, VirtReg, true);
-      break;
-    }
-    PhysRegState[Alias] = regDisabled;
+  // Handle subregister index.
+  MO.setReg(PhysReg ? TRI->getSubReg(PhysReg, MO.getSubReg()) : 0);
+  MO.setSubReg(0);
+
+  // A kill flag implies killing the full register. Add corresponding super
+  // register kill.
+  if (MO.isKill()) {
+    MI->addRegisterKilled(PhysReg, TRI, true);
+    return true;
   }
-  PhysRegState[PhysReg] = regReserved;
+  return MO.isDead();
 }
 
-// setPhysReg - Change MO the refer the PhysReg, considering subregs.
-void RAFast::setPhysReg(MachineOperand &MO, unsigned PhysReg) {
-  if (unsigned Idx = MO.getSubReg()) {
-    MO.setReg(PhysReg ? TRI->getSubReg(PhysReg, Idx) : 0);
-    MO.setSubReg(0);
-  } else
-    MO.setReg(PhysReg);
+// Handle special instruction operand like early clobbers and tied ops when
+// there are additional physreg defines.
+void RAFast::handleThroughOperands(MachineInstr *MI,
+                                   SmallVectorImpl<unsigned> &VirtDead) {
+  DEBUG(dbgs() << "Scanning for through registers:");
+  SmallSet<unsigned, 8> ThroughRegs;
+  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+    if (!MO.isReg()) continue;
+    unsigned Reg = MO.getReg();
+    if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
+      continue;
+    if (MO.isEarlyClobber() || MI->isRegTiedToDefOperand(i) ||
+        (MO.getSubReg() && MI->readsVirtualRegister(Reg))) {
+      if (ThroughRegs.insert(Reg))
+        DEBUG(dbgs() << ' ' << PrintReg(Reg));
+    }
+  }
+
+  // If any physreg defines collide with preallocated through registers,
+  // we must spill and reallocate.
+  DEBUG(dbgs() << "\nChecking for physdef collisions.\n");
+  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+    if (!MO.isReg() || !MO.isDef()) continue;
+    unsigned Reg = MO.getReg();
+    if (!Reg || !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) continue;
+    UsedInInstr.set(Reg);
+    if (ThroughRegs.count(PhysRegState[Reg]))
+      definePhysReg(MI, Reg, regFree);
+    for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS) {
+      UsedInInstr.set(*AS);
+      if (ThroughRegs.count(PhysRegState[*AS]))
+        definePhysReg(MI, *AS, regFree);
+    }
+  }
+
+  SmallVector<unsigned, 8> PartialDefs;
+  DEBUG(dbgs() << "Allocating tied uses.\n");
+  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+    if (!MO.isReg()) continue;
+    unsigned Reg = MO.getReg();
+    if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) continue;
+    if (MO.isUse()) {
+      unsigned DefIdx = 0;
+      if (!MI->isRegTiedToDefOperand(i, &DefIdx)) continue;
+      DEBUG(dbgs() << "Operand " << i << "("<< MO << ") is tied to operand "
+        << DefIdx << ".\n");
+      LiveRegMap::iterator LRI = reloadVirtReg(MI, i, Reg, 0);
+      unsigned PhysReg = LRI->second.PhysReg;
+      setPhysReg(MI, i, PhysReg);
+      // Note: we don't update the def operand yet. That would cause the normal
+      // def-scan to attempt spilling.
+    } else if (MO.getSubReg() && MI->readsVirtualRegister(Reg)) {
+      DEBUG(dbgs() << "Partial redefine: " << MO << "\n");
+      // Reload the register, but don't assign to the operand just yet.
+      // That would confuse the later phys-def processing pass.
+      LiveRegMap::iterator LRI = reloadVirtReg(MI, i, Reg, 0);
+      PartialDefs.push_back(LRI->second.PhysReg);
+    }
+  }
+
+  DEBUG(dbgs() << "Allocating early clobbers.\n");
+  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+    if (!MO.isReg()) continue;
+    unsigned Reg = MO.getReg();
+    if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) continue;
+    if (!MO.isEarlyClobber())
+      continue;
+    // Note: defineVirtReg may invalidate MO.
+    LiveRegMap::iterator LRI = defineVirtReg(MI, i, Reg, 0);
+    unsigned PhysReg = LRI->second.PhysReg;
+    if (setPhysReg(MI, i, PhysReg))
+      VirtDead.push_back(Reg);
+  }
+
+  // Restore UsedInInstr to a state usable for allocating normal virtual uses.
+  UsedInInstr.reset();
+  for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+    if (!MO.isReg() || (MO.isDef() && !MO.isEarlyClobber())) continue;
+    unsigned Reg = MO.getReg();
+    if (!Reg || !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) continue;
+    DEBUG(dbgs() << "\tSetting " << PrintReg(Reg, TRI)
+                 << " as used in instr\n");
+    UsedInInstr.set(Reg);
+  }
+
+  // Also mark PartialDefs as used to avoid reallocation.
+  for (unsigned i = 0, e = PartialDefs.size(); i != e; ++i)
+    UsedInInstr.set(PartialDefs[i]);
 }
 
-void RAFast::AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
-  DEBUG(dbgs() << "\nBB#" << MBB.getNumber() << ", "<< MBB.getName() << "\n");
+void RAFast::AllocateBasicBlock() {
+  DEBUG(dbgs() << "\nAllocating " << *MBB);
+
+  // FIXME: This should probably be added by instruction selection instead?
+  // If the last instruction in the block is a return, make sure to mark it as
+  // using all of the live-out values in the function.  Things marked both call
+  // and return are tail calls; do not do this for them.  The tail callee need
+  // not take the same registers as input that it produces as output, and there
+  // are dependencies for its input registers elsewhere.
+  if (!MBB->empty() && MBB->back().isReturn() &&
+      !MBB->back().isCall()) {
+    MachineInstr *Ret = &MBB->back();
+
+    for (MachineRegisterInfo::liveout_iterator
+         I = MF->getRegInfo().liveout_begin(),
+         E = MF->getRegInfo().liveout_end(); I != E; ++I) {
+      assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(*I) &&
+             "Cannot have a live-out virtual register.");
+
+      // Add live-out registers as implicit uses.
+      Ret->addRegisterKilled(*I, TRI, true);
+    }
+  }
 
   PhysRegState.assign(TRI->getNumRegs(), regDisabled);
-  assert(Virt2PhysMap.empty() && "Mapping not cleared form last block?");
-  PhysRegDirty.reset();
+  assert(LiveVirtRegs.empty() && "Mapping not cleared form last block?");
 
-  MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin();
+  MachineBasicBlock::iterator MII = MBB->begin();
 
   // Add live-in registers as live.
-  for (MachineBasicBlock::livein_iterator I = MBB.livein_begin(),
-         E = MBB.livein_end(); I != E; ++I)
-    reservePhysReg(MBB, MII, *I);
+  for (MachineBasicBlock::livein_iterator I = MBB->livein_begin(),
+         E = MBB->livein_end(); I != E; ++I)
+    if (RegClassInfo.isAllocatable(*I))
+      definePhysReg(MII, *I, regReserved);
 
-  SmallVector<unsigned, 8> VirtKills, PhysKills, PhysDefs;
+  SmallVector<unsigned, 8> VirtDead;
+  SmallVector<MachineInstr*, 32> Coalesced;
 
   // Otherwise, sequentially allocate each instruction in the MBB.
-  while (MII != MBB.end()) {
+  while (MII != MBB->end()) {
     MachineInstr *MI = MII++;
-    const TargetInstrDesc &TID = MI->getDesc();
+    const MCInstrDesc &MCID = MI->getDesc();
     DEBUG({
-        dbgs() << "\nStarting RegAlloc of: " << *MI << "Working set:";
+        dbgs() << "\n>> " << *MI << "Regs:";
         for (unsigned Reg = 1, E = TRI->getNumRegs(); Reg != E; ++Reg) {
           if (PhysRegState[Reg] == regDisabled) continue;
           dbgs() << " " << TRI->getName(Reg);
@@ -516,189 +790,291 @@ void RAFast::AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
           case regFree:
             break;
           case regReserved:
-            dbgs() << "(resv)";
+            dbgs() << "*";
             break;
           default:
-            dbgs() << "=%reg" << PhysRegState[Reg];
-            if (PhysRegDirty.test(Reg))
+            dbgs() << '=' << PrintReg(PhysRegState[Reg]);
+            if (LiveVirtRegs[PhysRegState[Reg]].Dirty)
               dbgs() << "*";
-            assert(Virt2PhysMap.lookup(PhysRegState[Reg]) == Reg &&
+            assert(LiveVirtRegs[PhysRegState[Reg]].PhysReg == Reg &&
                    "Bad inverse map");
             break;
           }
         }
         dbgs() << '\n';
-        // Check that Virt2PhysMap is the inverse.
-        for (DenseMap<unsigned,unsigned>::iterator i = Virt2PhysMap.begin(),
-             e = Virt2PhysMap.end(); i != e; ++i) {
+        // Check that LiveVirtRegs is the inverse.
+        for (LiveRegMap::iterator i = LiveVirtRegs.begin(),
+             e = LiveVirtRegs.end(); i != e; ++i) {
            assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(i->first) &&
                   "Bad map key");
-           assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->second) &&
+           assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->second.PhysReg) &&
                   "Bad map value");
-           assert(PhysRegState[i->second] == i->first && "Bad inverse map");
+           assert(PhysRegState[i->second.PhysReg] == i->first &&
+                  "Bad inverse map");
         }
       });
 
     // Debug values are not allowed to change codegen in any way.
     if (MI->isDebugValue()) {
-      for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
-        MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-        if (!MO.isReg()) continue;
-        unsigned Reg = MO.getReg();
-        if (!Reg || TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) continue;
-        // This may be 0 if the register is currently spilled. Tough.
-        setPhysReg(MO, Virt2PhysMap.lookup(Reg));
+      bool ScanDbgValue = true;
+      while (ScanDbgValue) {
+        ScanDbgValue = false;
+        for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+          MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+          if (!MO.isReg()) continue;
+          unsigned Reg = MO.getReg();
+          if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) continue;
+          LiveRegMap::iterator LRI = LiveVirtRegs.find(Reg);
+          if (LRI != LiveVirtRegs.end())
+            setPhysReg(MI, i, LRI->second.PhysReg);
+          else {
+            int SS = StackSlotForVirtReg[Reg];
+            if (SS == -1) {
+              // We can't allocate a physreg for a DebugValue, sorry!
+              DEBUG(dbgs() << "Unable to allocate vreg used by DBG_VALUE");
+              MO.setReg(0);
+            }
+            else {
+              // Modify DBG_VALUE now that the value is in a spill slot.
+              int64_t Offset = MI->getOperand(1).getImm();
+              const MDNode *MDPtr =
+                MI->getOperand(MI->getNumOperands()-1).getMetadata();
+              DebugLoc DL = MI->getDebugLoc();
+              if (MachineInstr *NewDV =
+                  TII->emitFrameIndexDebugValue(*MF, SS, Offset, MDPtr, DL)) {
+                DEBUG(dbgs() << "Modifying debug info due to spill:" <<
+                      "\t" << *MI);
+                MachineBasicBlock *MBB = MI->getParent();
+                MBB->insert(MBB->erase(MI), NewDV);
+                // Scan NewDV operands from the beginning.
+                MI = NewDV;
+                ScanDbgValue = true;
+                break;
+              } else {
+                // We can't allocate a physreg for a DebugValue; sorry!
+                DEBUG(dbgs() << "Unable to allocate vreg used by DBG_VALUE");
+                MO.setReg(0);
+              }
+            }
+          }
+          LiveDbgValueMap[Reg].push_back(MI);
+        }
       }
       // Next instruction.
       continue;
     }
 
+    // If this is a copy, we may be able to coalesce.
+    unsigned CopySrc = 0, CopyDst = 0, CopySrcSub = 0, CopyDstSub = 0;
+    if (MI->isCopy()) {
+      CopyDst = MI->getOperand(0).getReg();
+      CopySrc = MI->getOperand(1).getReg();
+      CopyDstSub = MI->getOperand(0).getSubReg();
+      CopySrcSub = MI->getOperand(1).getSubReg();
+    }
+
     // Track registers used by instruction.
     UsedInInstr.reset();
-    PhysDefs.clear();
 
     // First scan.
     // Mark physreg uses and early clobbers as used.
-    // Collect PhysKills.
+    // Find the end of the virtreg operands
+    unsigned VirtOpEnd = 0;
+    bool hasTiedOps = false;
+    bool hasEarlyClobbers = false;
+    bool hasPartialRedefs = false;
+    bool hasPhysDefs = false;
     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
       if (!MO.isReg()) continue;
-
-      // FIXME: For now, don't trust kill flags
-      if (MO.isUse()) MO.setIsKill(false);
-
       unsigned Reg = MO.getReg();
-      if (!Reg || !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) ||
-          ReservedRegs.test(Reg)) continue;
+      if (!Reg) continue;
+      if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
+        VirtOpEnd = i+1;
+        if (MO.isUse()) {
+          hasTiedOps = hasTiedOps ||
+                              MCID.getOperandConstraint(i, MCOI::TIED_TO) != -1;
+        } else {
+          if (MO.isEarlyClobber())
+            hasEarlyClobbers = true;
+          if (MO.getSubReg() && MI->readsVirtualRegister(Reg))
+            hasPartialRedefs = true;
+        }
+        continue;
+      }
+      if (!RegClassInfo.isAllocatable(Reg)) continue;
       if (MO.isUse()) {
-        PhysKills.push_back(Reg); // Any clean physreg use is a kill.
-        UsedInInstr.set(Reg);
+        usePhysReg(MO);
       } else if (MO.isEarlyClobber()) {
-        spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true);
-        UsedInInstr.set(Reg);
-        PhysDefs.push_back(Reg);
-      }
+        definePhysReg(MI, Reg, (MO.isImplicit() || MO.isDead()) ?
+                               regFree : regReserved);
+        hasEarlyClobbers = true;
+      } else
+        hasPhysDefs = true;
+    }
+
+    // The instruction may have virtual register operands that must be allocated
+    // the same register at use-time and def-time: early clobbers and tied
+    // operands. If there are also physical defs, these registers must avoid
+    // both physical defs and uses, making them more constrained than normal
+    // operands.
+    // Similarly, if there are multiple defs and tied operands, we must make
+    // sure the same register is allocated to uses and defs.
+    // We didn't detect inline asm tied operands above, so just make this extra
+    // pass for all inline asm.
+    if (MI->isInlineAsm() || hasEarlyClobbers || hasPartialRedefs ||
+        (hasTiedOps && (hasPhysDefs || MCID.getNumDefs() > 1))) {
+      handleThroughOperands(MI, VirtDead);
+      // Don't attempt coalescing when we have funny stuff going on.
+      CopyDst = 0;
+      // Pretend we have early clobbers so the use operands get marked below.
+      // This is not necessary for the common case of a single tied use.
+      hasEarlyClobbers = true;
     }
 
     // Second scan.
-    // Allocate virtreg uses and early clobbers.
-    // Collect VirtKills
-    for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    // Allocate virtreg uses.
+    for (unsigned i = 0; i != VirtOpEnd; ++i) {
       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
       if (!MO.isReg()) continue;
       unsigned Reg = MO.getReg();
-      if (!Reg || TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) continue;
+      if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) continue;
       if (MO.isUse()) {
-        setPhysReg(MO, reloadVirtReg(MBB, MI, Reg));
-        if (MO.isKill())
-          VirtKills.push_back(Reg);
-      } else if (MO.isEarlyClobber()) {
-        unsigned PhysReg = defineVirtReg(MBB, MI, Reg);
-        setPhysReg(MO, PhysReg);
-        PhysDefs.push_back(PhysReg);
+        LiveRegMap::iterator LRI = reloadVirtReg(MI, i, Reg, CopyDst);
+        unsigned PhysReg = LRI->second.PhysReg;
+        CopySrc = (CopySrc == Reg || CopySrc == PhysReg) ? PhysReg : 0;
+        if (setPhysReg(MI, i, PhysReg))
+          killVirtReg(LRI);
       }
     }
 
-    // Process virtreg kills
-    for (unsigned i = 0, e = VirtKills.size(); i != e; ++i)
-      killVirtReg(VirtKills[i]);
-    VirtKills.clear();
+    MRI->addPhysRegsUsed(UsedInInstr);
 
-    // Process physreg kills
-    for (unsigned i = 0, e = PhysKills.size(); i != e; ++i)
-      killPhysReg(PhysKills[i]);
-    PhysKills.clear();
+    // Track registers defined by instruction - early clobbers and tied uses at
+    // this point.
+    UsedInInstr.reset();
+    if (hasEarlyClobbers) {
+      for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+        MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
+        if (!MO.isReg()) continue;
+        unsigned Reg = MO.getReg();
+        if (!Reg || !TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) continue;
+        // Look for physreg defs and tied uses.
+        if (!MO.isDef() && !MI->isRegTiedToDefOperand(i)) continue;
+        UsedInInstr.set(Reg);
+        for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS)
+          UsedInInstr.set(*AS);
+      }
+    }
 
-    MF->getRegInfo().addPhysRegsUsed(UsedInInstr);
+    unsigned DefOpEnd = MI->getNumOperands();
+    if (MI->isCall()) {
+      // Spill all virtregs before a call. This serves two purposes: 1. If an
+      // exception is thrown, the landing pad is going to expect to find
+      // registers in their spill slots, and 2. we don't have to wade through
+      // all the <imp-def> operands on the call instruction.
+      DefOpEnd = VirtOpEnd;
+      DEBUG(dbgs() << "  Spilling remaining registers before call.\n");
+      spillAll(MI);
 
-    // Track registers defined by instruction - early clobbers at this point.
-    UsedInInstr.reset();
-    for (unsigned i = 0, e = PhysDefs.size(); i != e; ++i) {
-      unsigned PhysReg = PhysDefs[i];
-      UsedInInstr.set(PhysReg);
-      for (const unsigned *AS = TRI->getAliasSet(PhysReg);
-            unsigned Alias = *AS; ++AS)
-        UsedInInstr.set(Alias);
+      // The imp-defs are skipped below, but we still need to mark those
+      // registers as used by the function.
+      SkippedInstrs.insert(&MCID);
     }
 
     // Third scan.
     // Allocate defs and collect dead defs.
-    for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
+    for (unsigned i = 0; i != DefOpEnd; ++i) {
       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
-      if (!MO.isReg() || !MO.isDef() || !MO.getReg()) continue;
+      if (!MO.isReg() || !MO.isDef() || !MO.getReg() || MO.isEarlyClobber())
+        continue;
       unsigned Reg = MO.getReg();
 
       if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg)) {
-        if (ReservedRegs.test(Reg)) continue;
-        if (MO.isImplicit())
-          spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true);
-        else
-          reservePhysReg(MBB, MI, Reg);
-        if (MO.isDead())
-          PhysKills.push_back(Reg);
+        if (!RegClassInfo.isAllocatable(Reg)) continue;
+        definePhysReg(MI, Reg, (MO.isImplicit() || MO.isDead()) ?
+                               regFree : regReserved);
         continue;
       }
-      if (MO.isDead())
-        VirtKills.push_back(Reg);
-      setPhysReg(MO, defineVirtReg(MBB, MI, Reg));
+      LiveRegMap::iterator LRI = defineVirtReg(MI, i, Reg, CopySrc);
+      unsigned PhysReg = LRI->second.PhysReg;
+      if (setPhysReg(MI, i, PhysReg)) {
+        VirtDead.push_back(Reg);
+        CopyDst = 0; // cancel coalescing;
+      } else
+        CopyDst = (CopyDst == Reg || CopyDst == PhysReg) ? PhysReg : 0;
     }
 
-    // Spill all dirty virtregs before a call, in case of an exception.
-    if (TID.isCall()) {
-      DEBUG(dbgs() << "  Spilling remaining registers before call.\n");
-      spillAll(MBB, MI);
+    // Kill dead defs after the scan to ensure that multiple defs of the same
+    // register are allocated identically. We didn't need to do this for uses
+    // because we are crerating our own kill flags, and they are always at the
+    // last use.
+    for (unsigned i = 0, e = VirtDead.size(); i != e; ++i)
+      killVirtReg(VirtDead[i]);
+    VirtDead.clear();
+
+    MRI->addPhysRegsUsed(UsedInInstr);
+
+    if (CopyDst && CopyDst == CopySrc && CopyDstSub == CopySrcSub) {
+      DEBUG(dbgs() << "-- coalescing: " << *MI);
+      Coalesced.push_back(MI);
+    } else {
+      DEBUG(dbgs() << "<< " << *MI);
     }
-
-    // Process virtreg deads.
-    for (unsigned i = 0, e = VirtKills.size(); i != e; ++i)
-      killVirtReg(VirtKills[i]);
-    VirtKills.clear();
-
-    // Process physreg deads.
-    for (unsigned i = 0, e = PhysKills.size(); i != e; ++i)
-      killPhysReg(PhysKills[i]);
-    PhysKills.clear();
-
-    MF->getRegInfo().addPhysRegsUsed(UsedInInstr);
   }
 
   // Spill all physical registers holding virtual registers now.
-  DEBUG(dbgs() << "Killing live registers at end of block.\n");
-  MachineBasicBlock::iterator MI = MBB.getFirstTerminator();
-  while (!Virt2PhysMap.empty())
-    spillVirtReg(MBB, MI, Virt2PhysMap.begin()->first, true);
+  DEBUG(dbgs() << "Spilling live registers at end of block.\n");
+  spillAll(MBB->getFirstTerminator());
+
+  // Erase all the coalesced copies. We are delaying it until now because
+  // LiveVirtRegs might refer to the instrs.
+  for (unsigned i = 0, e = Coalesced.size(); i != e; ++i)
+    MBB->erase(Coalesced[i]);
+  NumCopies += Coalesced.size();
 
-  DEBUG(MBB.dump());
+  DEBUG(MBB->dump());
 }
 
 /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
 ///
 bool RAFast::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
-  DEBUG(dbgs() << "Machine Function\n");
-  DEBUG(Fn.dump());
+  DEBUG(dbgs() << "********** FAST REGISTER ALLOCATION **********\n"
+               << "********** Function: "
+               << ((Value*)Fn.getFunction())->getName() << '\n');
   MF = &Fn;
+  MRI = &MF->getRegInfo();
   TM = &Fn.getTarget();
   TRI = TM->getRegisterInfo();
   TII = TM->getInstrInfo();
-
-  PhysRegDirty.resize(TRI->getNumRegs());
+  MRI->freezeReservedRegs(Fn);
+  RegClassInfo.runOnMachineFunction(Fn);
   UsedInInstr.resize(TRI->getNumRegs());
-  ReservedRegs = TRI->getReservedRegs(*MF);
 
   // initialize the virtual->physical register map to have a 'null'
   // mapping for all virtual registers
-  unsigned LastVirtReg = MF->getRegInfo().getLastVirtReg();
-  StackSlotForVirtReg.grow(LastVirtReg);
+  StackSlotForVirtReg.resize(MRI->getNumVirtRegs());
 
   // Loop over all of the basic blocks, eliminating virtual register references
-  for (MachineFunction::iterator MBB = Fn.begin(), MBBe = Fn.end();
-       MBB != MBBe; ++MBB)
-    AllocateBasicBlock(*MBB);
+  for (MachineFunction::iterator MBBi = Fn.begin(), MBBe = Fn.end();
+       MBBi != MBBe; ++MBBi) {
+    MBB = &*MBBi;
+    AllocateBasicBlock();
+  }
 
   // Make sure the set of used physregs is closed under subreg operations.
-  MF->getRegInfo().closePhysRegsUsed(*TRI);
+  MRI->closePhysRegsUsed(*TRI);
+
+  // Add the clobber lists for all the instructions we skipped earlier.
+  for (SmallPtrSet<const MCInstrDesc*, 4>::const_iterator
+       I = SkippedInstrs.begin(), E = SkippedInstrs.end(); I != E; ++I)
+    if (const unsigned *Defs = (*I)->getImplicitDefs())
+      while (*Defs)
+        MRI->setPhysRegUsed(*Defs++);
 
+  SkippedInstrs.clear();
   StackSlotForVirtReg.clear();
+  LiveDbgValueMap.clear();
   return true;
 }