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[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / VirtRegMap.h
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 //
 //                     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.
 //
 //===----------------------------------------------------------------------===//
 //
 #ifndef LLVM_CODEGEN_VIRTREGMAP_H
 #define LLVM_CODEGEN_VIRTREGMAP_H
 
-#include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
+#include "llvm/CodeGen/LiveInterval.h"
+#include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
+#include "llvm/ADT/BitVector.h"
 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
-#include "llvm/Support/Streams.h"
+#include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
+#include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
+#include "llvm/ADT/SmallVector.h"
 #include <map>
 
 namespace llvm {
+  class LiveIntervals;
   class MachineInstr;
+  class MachineFunction;
+  class MachineRegisterInfo;
   class TargetInstrInfo;
+  class TargetRegisterInfo;
+  class raw_ostream;
+  class SlotIndexes;
 
-  class VirtRegMap {
+  class VirtRegMap : public MachineFunctionPass {
   public:
+    enum {
+      NO_PHYS_REG = 0,
+      NO_STACK_SLOT = (1L << 30)-1,
+      MAX_STACK_SLOT = (1L << 18)-1
+    };
+
     enum ModRef { isRef = 1, isMod = 2, isModRef = 3 };
     typedef std::multimap<MachineInstr*,
                           std::pair<unsigned, ModRef> > MI2VirtMapTy;
 
   private:
-    const TargetInstrInfo &TII;
+    MachineRegisterInfo *MRI;
+    const TargetInstrInfo *TII;
+    const TargetRegisterInfo *TRI;
+    MachineFunction *MF;
+
+    DenseMap<const TargetRegisterClass*, BitVector> allocatableRCRegs;
 
-    MachineFunction &MF;
     /// Virt2PhysMap - This is a virtual to physical register
     /// mapping. Each virtual register is required to have an entry in
     /// it; even spilled virtual registers (the register mapped to a
     /// spilled register is the temporary used to load it from the
     /// stack).
-    DenseMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> Virt2PhysMap;
+    IndexedMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> Virt2PhysMap;
+
     /// Virt2StackSlotMap - This is virtual register to stack slot
     /// mapping. Each spilled virtual register has an entry in it
     /// which corresponds to the stack slot this register is spilled
     /// at.
-    DenseMap<int, VirtReg2IndexFunctor> Virt2StackSlotMap;
+    IndexedMap<int, VirtReg2IndexFunctor> Virt2StackSlotMap;
+
+    /// Virt2ReMatIdMap - This is virtual register to rematerialization id
+    /// mapping. Each spilled virtual register that should be remat'd has an
+    /// entry in it which corresponds to the remat id.
+    IndexedMap<int, VirtReg2IndexFunctor> Virt2ReMatIdMap;
+
+    /// Virt2SplitMap - This is virtual register to splitted virtual register
+    /// mapping.
+    IndexedMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> Virt2SplitMap;
+
+    /// Virt2SplitKillMap - This is splitted virtual register to its last use
+    /// (kill) index mapping.
+    IndexedMap<SlotIndex, VirtReg2IndexFunctor> Virt2SplitKillMap;
+
+    /// ReMatMap - This is virtual register to re-materialized instruction
+    /// mapping. Each virtual register whose definition is going to be
+    /// re-materialized has an entry in it.
+    IndexedMap<MachineInstr*, VirtReg2IndexFunctor> ReMatMap;
+
     /// MI2VirtMap - This is MachineInstr to virtual register
     /// mapping. In the case of memory spill code being folded into
     /// instructions, we need to know which virtual register was
     /// read/written by this instruction.
     MI2VirtMapTy MI2VirtMap;
 
+    /// SpillPt2VirtMap - This records the virtual registers which should
+    /// be spilled right after the MachineInstr due to live interval
+    /// splitting.
+    std::map<MachineInstr*, std::vector<std::pair<unsigned,bool> > >
+    SpillPt2VirtMap;
+
+    /// RestorePt2VirtMap - This records the virtual registers which should
+    /// be restored right before the MachineInstr due to live interval
+    /// splitting.
+    std::map<MachineInstr*, std::vector<unsigned> > RestorePt2VirtMap;
+
+    /// EmergencySpillMap - This records the physical registers that should
+    /// be spilled / restored around the MachineInstr since the register
+    /// allocator has run out of registers.
+    std::map<MachineInstr*, std::vector<unsigned> > EmergencySpillMap;
+
+    /// EmergencySpillSlots - This records emergency spill slots used to
+    /// spill physical registers when the register allocator runs out of
+    /// registers. Ideally only one stack slot is used per function per
+    /// register class.
+    std::map<const TargetRegisterClass*, int> EmergencySpillSlots;
+
+    /// ReMatId - Instead of assigning a stack slot to a to be rematerialized
+    /// virtual register, an unique id is being assigned. This keeps track of
+    /// the highest id used so far. Note, this starts at (1<<18) to avoid
+    /// conflicts with stack slot numbers.
+    int ReMatId;
+
+    /// LowSpillSlot, HighSpillSlot - Lowest and highest spill slot indexes.
+    int LowSpillSlot, HighSpillSlot;
+
+    /// SpillSlotToUsesMap - Records uses for each register spill slot.
+    SmallVector<SmallPtrSet<MachineInstr*, 4>, 8> SpillSlotToUsesMap;
+
+    /// ImplicitDefed - One bit for each virtual register. If set it indicates
+    /// the register is implicitly defined.
+    BitVector ImplicitDefed;
+
+    /// UnusedRegs - A list of physical registers that have not been used.
+    BitVector UnusedRegs;
+
+    /// createSpillSlot - Allocate a spill slot for RC from MFI.
+    unsigned createSpillSlot(const TargetRegisterClass *RC);
+
     VirtRegMap(const VirtRegMap&);     // DO NOT IMPLEMENT
     void operator=(const VirtRegMap&); // DO NOT IMPLEMENT
 
-    enum {
-      NO_PHYS_REG = 0,
-      NO_STACK_SLOT = ~0 >> 1
-    };
-
   public:
-    VirtRegMap(MachineFunction &mf);
+    static char ID;
+    VirtRegMap() : MachineFunctionPass(ID), Virt2PhysMap(NO_PHYS_REG),
+                   Virt2StackSlotMap(NO_STACK_SLOT), 
+                   Virt2ReMatIdMap(NO_STACK_SLOT), Virt2SplitMap(0),
+                   Virt2SplitKillMap(SlotIndex()), ReMatMap(NULL),
+                   ReMatId(MAX_STACK_SLOT+1),
+                   LowSpillSlot(NO_STACK_SLOT), HighSpillSlot(NO_STACK_SLOT) { }
+    virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
+
+    virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
+      AU.setPreservesAll();
+      MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
+    }
+
+    MachineFunction &getMachineFunction() const {
+      assert(MF && "getMachineFunction called before runOnMachineFunction");
+      return *MF;
+    }
+
+    MachineRegisterInfo &getRegInfo() const { return *MRI; }
+    const TargetRegisterInfo &getTargetRegInfo() const { return *TRI; }
 
     void grow();
 
@@ -75,15 +175,15 @@ namespace llvm {
     /// @brief returns the physical register mapped to the specified
     /// virtual register
     unsigned getPhys(unsigned virtReg) const {
-      assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(virtReg));
+      assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(virtReg));
       return Virt2PhysMap[virtReg];
     }
 
     /// @brief creates a mapping for the specified virtual register to
     /// the specified physical register
     void assignVirt2Phys(unsigned virtReg, unsigned physReg) {
-      assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(virtReg) &&
-             MRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg));
+      assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(virtReg) &&
+             TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg));
       assert(Virt2PhysMap[virtReg] == NO_PHYS_REG &&
              "attempt to assign physical register to already mapped "
              "virtual register");
@@ -93,7 +193,7 @@ namespace llvm {
     /// @brief clears the specified virtual register's, physical
     /// register mapping
     void clearVirt(unsigned virtReg) {
-      assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(virtReg));
+      assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(virtReg));
       assert(Virt2PhysMap[virtReg] != NO_PHYS_REG &&
              "attempt to clear a not assigned virtual register");
       Virt2PhysMap[virtReg] = NO_PHYS_REG;
@@ -105,19 +205,53 @@ namespace llvm {
       grow();
     }
 
-    /// @brief returns true is the specified virtual register is
-    /// mapped to a stack slot
-    bool hasStackSlot(unsigned virtReg) const {
-      return getStackSlot(virtReg) != NO_STACK_SLOT;
+    /// @brief returns the register allocation preference.
+    unsigned getRegAllocPref(unsigned virtReg);
+
+    /// @brief records virtReg is a split live interval from SReg.
+    void setIsSplitFromReg(unsigned virtReg, unsigned SReg) {
+      Virt2SplitMap[virtReg] = SReg;
+    }
+
+    /// @brief returns the live interval virtReg is split from.
+    unsigned getPreSplitReg(unsigned virtReg) const {
+      return Virt2SplitMap[virtReg];
+    }
+
+    /// getOriginal - Return the original virtual register that VirtReg descends
+    /// from through splitting.
+    /// A register that was not created by splitting is its own original.
+    /// This operation is idempotent.
+    unsigned getOriginal(unsigned VirtReg) const {
+      unsigned Orig = getPreSplitReg(VirtReg);
+      return Orig ? Orig : VirtReg;
+    }
+
+    /// @brief returns true if the specified virtual register is not
+    /// mapped to a stack slot or rematerialized.
+    bool isAssignedReg(unsigned virtReg) const {
+      if (getStackSlot(virtReg) == NO_STACK_SLOT &&
+          getReMatId(virtReg) == NO_STACK_SLOT)
+        return true;
+      // Split register can be assigned a physical register as well as a
+      // stack slot or remat id.
+      return (Virt2SplitMap[virtReg] && Virt2PhysMap[virtReg] != NO_PHYS_REG);
     }
 
     /// @brief returns the stack slot mapped to the specified virtual
     /// register
     int getStackSlot(unsigned virtReg) const {
-      assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(virtReg));
+      assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(virtReg));
       return Virt2StackSlotMap[virtReg];
     }
 
+    /// @brief returns the rematerialization id mapped to the specified virtual
+    /// register
+    int getReMatId(unsigned virtReg) const {
+      assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(virtReg));
+      return Virt2ReMatIdMap[virtReg];
+    }
+
     /// @brief create a mapping for the specifed virtual register to
     /// the next available stack slot
     int assignVirt2StackSlot(unsigned virtReg);
@@ -125,11 +259,205 @@ namespace llvm {
     /// the specified stack slot
     void assignVirt2StackSlot(unsigned virtReg, int frameIndex);
 
+    /// @brief assign an unique re-materialization id to the specified
+    /// virtual register.
+    int assignVirtReMatId(unsigned virtReg);
+    /// @brief assign an unique re-materialization id to the specified
+    /// virtual register.
+    void assignVirtReMatId(unsigned virtReg, int id);
+
+    /// @brief returns true if the specified virtual register is being
+    /// re-materialized.
+    bool isReMaterialized(unsigned virtReg) const {
+      return ReMatMap[virtReg] != NULL;
+    }
+
+    /// @brief returns the original machine instruction being re-issued
+    /// to re-materialize the specified virtual register.
+    MachineInstr *getReMaterializedMI(unsigned virtReg) const {
+      return ReMatMap[virtReg];
+    }
+
+    /// @brief records the specified virtual register will be
+    /// re-materialized and the original instruction which will be re-issed
+    /// for this purpose.  If parameter all is true, then all uses of the
+    /// registers are rematerialized and it's safe to delete the definition.
+    void setVirtIsReMaterialized(unsigned virtReg, MachineInstr *def) {
+      ReMatMap[virtReg] = def;
+    }
+
+    /// @brief record the last use (kill) of a split virtual register.
+    void addKillPoint(unsigned virtReg, SlotIndex index) {
+      Virt2SplitKillMap[virtReg] = index;
+    }
+
+    SlotIndex getKillPoint(unsigned virtReg) const {
+      return Virt2SplitKillMap[virtReg];
+    }
+
+    /// @brief remove the last use (kill) of a split virtual register.
+    void removeKillPoint(unsigned virtReg) {
+      Virt2SplitKillMap[virtReg] = SlotIndex();
+    }
+
+    /// @brief returns true if the specified MachineInstr is a spill point.
+    bool isSpillPt(MachineInstr *Pt) const {
+      return SpillPt2VirtMap.find(Pt) != SpillPt2VirtMap.end();
+    }
+
+    /// @brief returns the virtual registers that should be spilled due to
+    /// splitting right after the specified MachineInstr.
+    std::vector<std::pair<unsigned,bool> > &getSpillPtSpills(MachineInstr *Pt) {
+      return SpillPt2VirtMap[Pt];
+    }
+
+    /// @brief records the specified MachineInstr as a spill point for virtReg.
+    void addSpillPoint(unsigned virtReg, bool isKill, MachineInstr *Pt) {
+      std::map<MachineInstr*, std::vector<std::pair<unsigned,bool> > >::iterator
+        I = SpillPt2VirtMap.find(Pt);
+      if (I != SpillPt2VirtMap.end())
+        I->second.push_back(std::make_pair(virtReg, isKill));
+      else {
+        std::vector<std::pair<unsigned,bool> > Virts;
+        Virts.push_back(std::make_pair(virtReg, isKill));
+        SpillPt2VirtMap.insert(std::make_pair(Pt, Virts));
+      }
+    }
+
+    /// @brief - transfer spill point information from one instruction to
+    /// another.
+    void transferSpillPts(MachineInstr *Old, MachineInstr *New) {
+      std::map<MachineInstr*, std::vector<std::pair<unsigned,bool> > >::iterator
+        I = SpillPt2VirtMap.find(Old);
+      if (I == SpillPt2VirtMap.end())
+        return;
+      while (!I->second.empty()) {
+        unsigned virtReg = I->second.back().first;
+        bool isKill = I->second.back().second;
+        I->second.pop_back();
+        addSpillPoint(virtReg, isKill, New);
+      }
+      SpillPt2VirtMap.erase(I);
+    }
+
+    /// @brief returns true if the specified MachineInstr is a restore point.
+    bool isRestorePt(MachineInstr *Pt) const {
+      return RestorePt2VirtMap.find(Pt) != RestorePt2VirtMap.end();
+    }
+
+    /// @brief returns the virtual registers that should be restoreed due to
+    /// splitting right after the specified MachineInstr.
+    std::vector<unsigned> &getRestorePtRestores(MachineInstr *Pt) {
+      return RestorePt2VirtMap[Pt];
+    }
+
+    /// @brief records the specified MachineInstr as a restore point for virtReg.
+    void addRestorePoint(unsigned virtReg, MachineInstr *Pt) {
+      std::map<MachineInstr*, std::vector<unsigned> >::iterator I =
+        RestorePt2VirtMap.find(Pt);
+      if (I != RestorePt2VirtMap.end())
+        I->second.push_back(virtReg);
+      else {
+        std::vector<unsigned> Virts;
+        Virts.push_back(virtReg);
+        RestorePt2VirtMap.insert(std::make_pair(Pt, Virts));
+      }
+    }
+
+    /// @brief - transfer restore point information from one instruction to
+    /// another.
+    void transferRestorePts(MachineInstr *Old, MachineInstr *New) {
+      std::map<MachineInstr*, std::vector<unsigned> >::iterator I =
+        RestorePt2VirtMap.find(Old);
+      if (I == RestorePt2VirtMap.end())
+        return;
+      while (!I->second.empty()) {
+        unsigned virtReg = I->second.back();
+        I->second.pop_back();
+        addRestorePoint(virtReg, New);
+      }
+      RestorePt2VirtMap.erase(I);
+    }
+
+    /// @brief records that the specified physical register must be spilled
+    /// around the specified machine instr.
+    void addEmergencySpill(unsigned PhysReg, MachineInstr *MI) {
+      if (EmergencySpillMap.find(MI) != EmergencySpillMap.end())
+        EmergencySpillMap[MI].push_back(PhysReg);
+      else {
+        std::vector<unsigned> PhysRegs;
+        PhysRegs.push_back(PhysReg);
+        EmergencySpillMap.insert(std::make_pair(MI, PhysRegs));
+      }
+    }
+
+    /// @brief returns true if one or more physical registers must be spilled
+    /// around the specified instruction.
+    bool hasEmergencySpills(MachineInstr *MI) const {
+      return EmergencySpillMap.find(MI) != EmergencySpillMap.end();
+    }
+
+    /// @brief returns the physical registers to be spilled and restored around
+    /// the instruction.
+    std::vector<unsigned> &getEmergencySpills(MachineInstr *MI) {
+      return EmergencySpillMap[MI];
+    }
+
+    /// @brief - transfer emergency spill information from one instruction to
+    /// another.
+    void transferEmergencySpills(MachineInstr *Old, MachineInstr *New) {
+      std::map<MachineInstr*,std::vector<unsigned> >::iterator I =
+        EmergencySpillMap.find(Old);
+      if (I == EmergencySpillMap.end())
+        return;
+      while (!I->second.empty()) {
+        unsigned virtReg = I->second.back();
+        I->second.pop_back();
+        addEmergencySpill(virtReg, New);
+      }
+      EmergencySpillMap.erase(I);
+    }
+
+    /// @brief return or get a emergency spill slot for the register class.
+    int getEmergencySpillSlot(const TargetRegisterClass *RC);
+
+    /// @brief Return lowest spill slot index.
+    int getLowSpillSlot() const {
+      return LowSpillSlot;
+    }
+
+    /// @brief Return highest spill slot index.
+    int getHighSpillSlot() const {
+      return HighSpillSlot;
+    }
+
+    /// @brief Records a spill slot use.
+    void addSpillSlotUse(int FrameIndex, MachineInstr *MI);
+
+    /// @brief Returns true if spill slot has been used.
+    bool isSpillSlotUsed(int FrameIndex) const {
+      assert(FrameIndex >= 0 && "Spill slot index should not be negative!");
+      return !SpillSlotToUsesMap[FrameIndex-LowSpillSlot].empty();
+    }
+
+    /// @brief Mark the specified register as being implicitly defined.
+    void setIsImplicitlyDefined(unsigned VirtReg) {
+      ImplicitDefed.set(TargetRegisterInfo::virtReg2Index(VirtReg));
+    }
+
+    /// @brief Returns true if the virtual register is implicitly defined.
+    bool isImplicitlyDefined(unsigned VirtReg) const {
+      return ImplicitDefed[TargetRegisterInfo::virtReg2Index(VirtReg)];
+    }
+
+    /// @brief Updates information about the specified virtual register's value
+    /// folded into newMI machine instruction.
+    void virtFolded(unsigned VirtReg, MachineInstr *OldMI, MachineInstr *NewMI,
+                    ModRef MRInfo);
+
     /// @brief Updates information about the specified virtual register's value
-    /// folded into newMI machine instruction.  The OpNum argument indicates the
-    /// operand number of OldMI that is folded.
-    void virtFolded(unsigned VirtReg, MachineInstr *OldMI, unsigned OpNum,
-                    MachineInstr *NewMI);
+    /// folded into the specified machine instruction.
+    void virtFolded(unsigned VirtReg, MachineInstr *MI, ModRef MRInfo);
 
     /// @brief returns the virtual registers' values folded in memory
     /// operands of this instruction
@@ -138,38 +466,58 @@ namespace llvm {
       return MI2VirtMap.equal_range(MI);
     }
     
-    /// RemoveFromFoldedVirtMap - If the specified machine instruction is in
-    /// the folded instruction map, remove its entry from the map.
-    void RemoveFromFoldedVirtMap(MachineInstr *MI) {
-      MI2VirtMap.erase(MI);
+    /// RemoveMachineInstrFromMaps - MI is being erased, remove it from the
+    /// the folded instruction map and spill point map.
+    void RemoveMachineInstrFromMaps(MachineInstr *MI);
+
+    /// FindUnusedRegisters - Gather a list of allocatable registers that
+    /// have not been allocated to any virtual register.
+    bool FindUnusedRegisters(LiveIntervals* LIs);
+
+    /// HasUnusedRegisters - Return true if there are any allocatable registers
+    /// that have not been allocated to any virtual register.
+    bool HasUnusedRegisters() const {
+      return !UnusedRegs.none();
+    }
+
+    /// setRegisterUsed - Remember the physical register is now used.
+    void setRegisterUsed(unsigned Reg) {
+      UnusedRegs.reset(Reg);
+    }
+
+    /// isRegisterUnused - Return true if the physical register has not been
+    /// used.
+    bool isRegisterUnused(unsigned Reg) const {
+      return UnusedRegs[Reg];
     }
 
-    void print(std::ostream &OS) const;
-    void print(std::ostream *OS) const { if (OS) print(*OS); }
+    /// getFirstUnusedRegister - Return the first physical register that has not
+    /// been used.
+    unsigned getFirstUnusedRegister(const TargetRegisterClass *RC) {
+      int Reg = UnusedRegs.find_first();
+      while (Reg != -1) {
+        if (allocatableRCRegs[RC][Reg])
+          return (unsigned)Reg;
+        Reg = UnusedRegs.find_next(Reg);
+      }
+      return 0;
+    }
+
+    /// rewrite - Rewrite all instructions in MF to use only physical registers
+    /// by mapping all virtual register operands to their assigned physical
+    /// registers.
+    ///
+    /// @param Indexes Optionally remove deleted instructions from indexes.
+    void rewrite(SlotIndexes *Indexes);
+
+    void print(raw_ostream &OS, const Module* M = 0) const;
     void dump() const;
   };
 
-  inline std::ostream *operator<<(std::ostream *OS, const VirtRegMap &VRM) {
+  inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const VirtRegMap &VRM) {
     VRM.print(OS);
     return OS;
   }
-  inline std::ostream &operator<<(std::ostream &OS, const VirtRegMap &VRM) {
-    VRM.print(OS);
-    return OS;
-  }
-
-  /// Spiller interface: Implementations of this interface assign spilled
-  /// virtual registers to stack slots, rewriting the code.
-  struct Spiller {
-    virtual ~Spiller();
-    virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF,
-                                      VirtRegMap &VRM) = 0;
-  };
-
-  /// createSpiller - Create an return a spiller object, as specified on the
-  /// command line.
-  Spiller* createSpiller();
-
 } // End llvm namespace
 
 #endif