(1) Added special register class containing (for now) %fsr.
[oota-llvm.git] / lib / Target / SparcV9 / RegAlloc / LiveRangeInfo.cpp
index 1989240ab5df27f74bfb93394a7b6f8b9921bf79..15584f14a57209f37aa8b29b9db3bee0ae4034c0 100644 (file)
@@ -1,31 +1,65 @@
-#include "llvm/CodeGen/LiveRangeInfo.h"
+//===-- LiveRangeInfo.cpp -------------------------------------------------===//
+// 
+//  Live range construction for coloring-based register allocation for LLVM.
+// 
+//===----------------------------------------------------------------------===//
 
-LiveRangeInfo::LiveRangeInfo(const Method *const M, 
-                            const TargetMachine& tm,
-                            vector<RegClass *> &RCL) 
-                             : Meth(M), LiveRangeMap(), 
-                              TM(tm), RegClassList(RCL),
-                              MRI( tm.getRegInfo()),
-                              CallRetInstrList()
-{ }
+#include "llvm/CodeGen/LiveRangeInfo.h"
+#include "RegAllocCommon.h"
+#include "RegClass.h"
+#include "llvm/CodeGen/IGNode.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
+#include "llvm/CodeGen/MachineFunction.h"
+#include "llvm/Target/TargetMachine.h"
+#include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
+#include "llvm/Function.h"
+#include "Support/SetOperations.h"
+using std::cerr;
+
+unsigned LiveRange::getRegClassID() const { return getRegClass()->getID(); }
+
+LiveRangeInfo::LiveRangeInfo(const Function *F, const TargetMachine &tm,
+                            std::vector<RegClass *> &RCL)
+  : Meth(F), TM(tm), RegClassList(RCL), MRI(tm.getRegInfo()) { }
+
+
+LiveRangeInfo::~LiveRangeInfo() {
+  for (LiveRangeMapType::iterator MI = LiveRangeMap.begin(); 
+       MI != LiveRangeMap.end(); ++MI) {  
+
+    if (MI->first && MI->second) {
+      LiveRange *LR = MI->second;
+
+      // we need to be careful in deleting LiveRanges in LiveRangeMap
+      // since two/more Values in the live range map can point to the same
+      // live range. We have to make the other entries NULL when we delete
+      // a live range.
+
+      for (LiveRange::iterator LI = LR->begin(); LI != LR->end(); ++LI)
+        LiveRangeMap[*LI] = 0;
+      
+      delete LR;
+    }
+  }
+}
 
 
+//---------------------------------------------------------------------------
 // union two live ranges into one. The 2nd LR is deleted. Used for coalescing.
 // Note: the caller must make sure that L1 and L2 are distinct and both
 // LRs don't have suggested colors
+//---------------------------------------------------------------------------
 
-void LiveRangeInfo::unionAndUpdateLRs(LiveRange *const L1, LiveRange *L2)
-{
-  assert( L1 != L2);
-  L1->setUnion( L2 );             // add elements of L2 to L1
-  ValueSet::iterator L2It;
-
-  for( L2It = L2->begin() ; L2It != L2->end(); ++L2It) {
+void LiveRangeInfo::unionAndUpdateLRs(LiveRange *L1, LiveRange *L2) {
+  assert(L1 != L2 && (!L1->hasSuggestedColor() || !L2->hasSuggestedColor()));
+  set_union(*L1, *L2);                   // add elements of L2 to L1
 
+  for(ValueSet::iterator L2It = L2->begin(); L2It != L2->end(); ++L2It) {
     //assert(( L1->getTypeID() == L2->getTypeID()) && "Merge:Different types");
 
-    L1->add( *L2It );            // add the var in L2 to L1
-    LiveRangeMap[ *L2It ] = L1;  // now the elements in L2 should map to L1    
+    L1->insert(*L2It);                  // add the var in L2 to L1
+    LiveRangeMap[*L2It] = L1;           // now the elements in L2 should map 
+                                        //to L1    
   }
 
 
@@ -34,319 +68,255 @@ void LiveRangeInfo::unionAndUpdateLRs(LiveRange *const L1, LiveRange *L2)
   // must have the same color.
 
   if(L2->hasSuggestedColor())
-    L1->setSuggestedColor( L2->getSuggestedColor() );
+    L1->setSuggestedColor(L2->getSuggestedColor());
+
 
-  delete ( L2 );                 // delete L2 as it is no longer needed
+  if (L2->isCallInterference())
+    L1->setCallInterference();
+  
+  // add the spill costs
+  L1->addSpillCost(L2->getSpillCost());
+  
+  delete L2;                        // delete L2 as it is no longer needed
 }
 
 
+//---------------------------------------------------------------------------
+// Method for creating a single live range for a definition.
+// The definition must be represented by a virtual register (a Value).
+// Note: this function does *not* check that no live range exists for def.
+//---------------------------------------------------------------------------
 
-                                 
-void LiveRangeInfo::constructLiveRanges()
+LiveRange*
+LiveRangeInfo::createNewLiveRange(const Value* Def, bool isCC /* = false*/)
 {  
-
-  if( DEBUG_RA) 
-    cerr << "Consturcting Live Ranges ..." << endl;
-
-  // first find the live ranges for all incoming args of the method since
-  // those LRs start from the start of the method
-      
-                                                 // get the argument list
-  const Method::ArgumentListType& ArgList = Meth->getArgumentList();           
-                                                 // get an iterator to arg list
-  Method::ArgumentListType::const_iterator ArgIt = ArgList.begin(); 
-
-             
-  for( ; ArgIt != ArgList.end() ; ++ArgIt) {     // for each argument
-
-    LiveRange * ArgRange = new LiveRange();      // creates a new LR and 
-    const Value *const Val = (const Value *) *ArgIt;
-
-    assert( Val);
-
-    ArgRange->add( Val );     // add the arg (def) to it
-    LiveRangeMap[ Val ] = ArgRange;
-
-    // create a temp machine op to find the register class of value
-    //const MachineOperand Op(MachineOperand::MO_VirtualRegister);
-
-    unsigned rcid = MRI.getRegClassIDOfValue( Val );
-    ArgRange->setRegClass(RegClassList[ rcid ] );
-
-                          
-    if( DEBUG_RA > 1) {     
-      cerr << " adding LiveRange for argument ";    
-      printValue( (const Value *) *ArgIt); cerr  << endl;
-    }
+  LiveRange* DefRange = new LiveRange();  // Create a new live range,
+  DefRange->insert(Def);                  // add Def to it,
+  LiveRangeMap[Def] = DefRange;           // and update the map.
+
+  // set the register class of the new live range
+  DefRange->setRegClass(RegClassList[MRI.getRegClassIDOfType(Def->getType(),
+                                                             isCC)]);
+
+  if (DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges) {
+    cerr << "  Creating a LR for def ";
+    if (isCC) cerr << " (CC Register!)";
+    cerr << " : " << RAV(Def) << "\n";
   }
-
-  // Now suggest hardware registers for these method args 
-  MRI.suggestRegs4MethodArgs(Meth, *this);
+  return DefRange;
+}
 
 
+LiveRange*
+LiveRangeInfo::createOrAddToLiveRange(const Value* Def, bool isCC /* = false*/)
+{  
+  LiveRange *DefRange = LiveRangeMap[Def];
+
+  // check if the LR is already there (because of multiple defs)
+  if (!DefRange) { 
+    DefRange = createNewLiveRange(Def, isCC);
+  } else {                          // live range already exists
+    DefRange->insert(Def);          // add the operand to the range
+    LiveRangeMap[Def] = DefRange;   // make operand point to merged set
+    if (DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges)
+      cerr << "   Added to existing LR for def: " << RAV(Def) << "\n";
+  }
+  return DefRange;
+}
 
-  // Now find speical LLVM instructions (CALL, RET) and LRs in machine
-  // instructions.
 
+//---------------------------------------------------------------------------
+// Method for constructing all live ranges in a function. It creates live 
+// ranges for all values defined in the instruction stream. Also, it
+// creates live ranges for all incoming arguments of the function.
+//---------------------------------------------------------------------------
+void LiveRangeInfo::constructLiveRanges() {  
 
-  Method::const_iterator BBI = Meth->begin();    // random iterator for BBs   
+  if (DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges) 
+    cerr << "Constructing Live Ranges ...\n";
 
-  for( ; BBI != Meth->end(); ++BBI) {            // go thru BBs in random order
+  // first find the live ranges for all incoming args of the function since
+  // those LRs start from the start of the function
+  for (Function::const_aiterator AI = Meth->abegin(); AI != Meth->aend(); ++AI)
+    createNewLiveRange(AI, /*isCC*/ false);
 
-    // Now find all LRs for machine the instructions. A new LR will be created 
-    // only for defs in the machine instr since, we assume that all Values are
-    // defined before they are used. However, there can be multiple defs for
-    // the same Value in machine instructions.
+  // Now suggest hardware registers for these function args 
+  MRI.suggestRegs4MethodArgs(Meth, *this);
 
-    // get the iterator for machine instructions
-    const MachineCodeForBasicBlock& MIVec = (*BBI)->getMachineInstrVec();
-    MachineCodeForBasicBlock::const_iterator 
-      MInstIterator = MIVec.begin();
+  // Now create LRs for machine instructions.  A new LR will be created 
+  // only for defs in the machine instr since, we assume that all Values are
+  // defined before they are used. However, there can be multiple defs for
+  // the same Value in machine instructions.
+  // 
+  // Also, find CALL and RETURN instructions, which need extra work.
+  //
+  MachineFunction &MF = MachineFunction::get(Meth);
+  for (MachineFunction::iterator BBI = MF.begin(); BBI != MF.end(); ++BBI) {
+    MachineBasicBlock &MBB = *BBI;
 
     // iterate over all the machine instructions in BB
-    for( ; MInstIterator != MIVec.end(); MInstIterator++) {  
-      
-      const MachineInstr * MInst = *MInstIterator; 
-
-      // Now if the machine instruction is a  call/return instruction,
-      // add it to CallRetInstrList for processing its implicit operands
-
-      if( (TM.getInstrInfo()).isReturn( MInst->getOpCode()) ||
-         (TM.getInstrInfo()).isCall( MInst->getOpCode()) )
-       CallRetInstrList.push_back( MInst ); 
+    for(MachineBasicBlock::iterator MInstIterator = MBB.begin();
+        MInstIterator != MBB.end(); ++MInstIterator) {  
+      MachineInstr *MInst = *MInstIterator; 
+
+      // If the machine instruction is a  call/return instruction, add it to
+      // CallRetInstrList for processing its args, ret value, and ret addr.
+      // 
+      if(TM.getInstrInfo().isReturn(MInst->getOpCode()) ||
+        TM.getInstrInfo().isCall(MInst->getOpCode()))
+       CallRetInstrList.push_back(MInst); 
  
-             
-      // iterate over  MI operands to find defs
-      for( MachineInstr::val_op_const_iterator OpI(MInst);!OpI.done(); ++OpI) {
-       
-       if( DEBUG_RA) {
-         MachineOperand::MachineOperandType OpTyp = 
-           OpI.getMachineOperand().getOperandType();
-
-         if ( OpTyp == MachineOperand::MO_CCRegister) {
-           cerr << "\n**CC reg found. Is Def=" << OpI.isDef() << " Val:";
-           printValue( OpI.getMachineOperand().getVRegValue() );
-           cerr << endl;
-         }
+      // iterate over explicit MI operands and create a new LR
+      // for each operand that is defined by the instruction
+      for (MachineInstr::val_op_iterator OpI = MInst->begin(),
+             OpE = MInst->end(); OpI != OpE; ++OpI)
+       if (OpI.isDefOnly() || OpI.isDefAndUse()) {     
+         const Value *Def = *OpI;
+          bool isCC = (OpI.getMachineOperand().getType()
+                       == MachineOperand::MO_CCRegister);
+          createOrAddToLiveRange(Def, isCC);
        }
 
-       // create a new LR iff this operand is a def
-       if( OpI.isDef() ) {     
-         
-         const Value *const Def = *OpI;
-
-
-         // Only instruction values are accepted for live ranges here
-
-         if( Def->getValueType() != Value::InstructionVal ) {
-           cerr << "\n**%%Error: Def is not an instruction val. Def=";
-           printValue( Def ); cerr << endl;
-           continue;
-         }
-
-
-         LiveRange *DefRange = LiveRangeMap[Def]; 
-
-         // see LR already there (because of multiple defs)
-         
-         if( !DefRange) {                  // if it is not in LiveRangeMap
-           
-           DefRange = new LiveRange();     // creates a new live range and 
-           DefRange->add( Def );           // add the instruction (def) to it
-           LiveRangeMap[ Def ] = DefRange; // update the map
-
-           if( DEBUG_RA > 1) {             
-             cerr << "  creating a LR for def: ";    
-             printValue(Def); cerr  << endl;
-           }
-
-           // set the register class of the new live range
-           //assert( RegClassList.size() );
-           MachineOperand::MachineOperandType OpTy = 
-             OpI.getMachineOperand().getOperandType();
-
-           bool isCC = ( OpTy == MachineOperand::MO_CCRegister);
-           unsigned rcid = MRI.getRegClassIDOfValue( 
-                           OpI.getMachineOperand().getVRegValue(), isCC );
-
-
-           if(isCC && DEBUG_RA) {
-             cerr  << "\a**created a LR for a CC reg:";
-             printValue( OpI.getMachineOperand().getVRegValue() );
-           }
-
-           DefRange->setRegClass( RegClassList[ rcid ] );
-
-         }
-         else {
-           DefRange->add( Def );           // add the opearand to def range
-                                            // update the map - Operand points 
-                                           // to the merged set
-           LiveRangeMap[ Def ] = DefRange; 
-
-           if( DEBUG_RA > 1) { 
-             cerr << "   added to an existing LR for def: ";  
-             printValue( Def ); cerr  << endl;
-           }
-         }
-
-       } // if isDef()
-       
-      } // for all opereands in machine instructions
+      // iterate over implicit MI operands and create a new LR
+      // for each operand that is defined by the instruction
+      for (unsigned i = 0; i < MInst->getNumImplicitRefs(); ++i) 
+       if (MInst->getImplicitOp(i).opIsDefOnly() ||
+            MInst->getImplicitOp(i).opIsDefAndUse()) {     
+         const Value *Def = MInst->getImplicitRef(i);
+          createOrAddToLiveRange(Def, /*isCC*/ false);
+       }
 
     } // for all machine instructions in the BB
 
-  } // for all BBs in method
-  
+  } // for all BBs in function
 
   // Now we have to suggest clors for call and return arg live ranges.
   // Also, if there are implicit defs (e.g., retun value of a call inst)
   // they must be added to the live range list
-
+  // 
   suggestRegs4CallRets();
 
-  if( DEBUG_RA) 
-    cerr << "Initial Live Ranges constructed!" << endl;
-
+  if( DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges) 
+    cerr << "Initial Live Ranges constructed!\n";
 }
 
 
-
-// Suggest colors for call and return args. 
-// Also create new LRs for implicit defs
-
-void LiveRangeInfo::suggestRegs4CallRets()
-{
-
-  CallRetInstrListType::const_iterator It =  CallRetInstrList.begin();
-
-  for( ; It !=  CallRetInstrList.end(); ++It ) {
-
-    const MachineInstr *MInst = *It;
-    MachineOpCode OpCode =  MInst->getOpCode();
-
-    if( (TM.getInstrInfo()).isReturn(OpCode)  )
-      MRI.suggestReg4RetValue( MInst, *this);
-
-    else if( (TM.getInstrInfo()).isCall( OpCode ) )
-      MRI.suggestRegs4CallArgs( MInst, *this, RegClassList );
-    
+//---------------------------------------------------------------------------
+// If some live ranges must be colored with specific hardware registers
+// (e.g., for outgoing call args), suggesting of colors for such live
+// ranges is done using target specific function. Those functions are called
+// from this function. The target specific methods must:
+//    1) suggest colors for call and return args. 
+//    2) create new LRs for implicit defs in machine instructions
+//---------------------------------------------------------------------------
+void LiveRangeInfo::suggestRegs4CallRets() {
+  std::vector<MachineInstr*>::iterator It = CallRetInstrList.begin();
+  for( ; It != CallRetInstrList.end(); ++It) {
+    MachineInstr *MInst = *It;
+    MachineOpCode OpCode = MInst->getOpCode();
+
+    if ((TM.getInstrInfo()).isReturn(OpCode))
+      MRI.suggestReg4RetValue(MInst, *this);
+    else if ((TM.getInstrInfo()).isCall(OpCode))
+      MRI.suggestRegs4CallArgs(MInst, *this);
     else 
-      assert( 0 && "Non call/ret instr in  CallRetInstrList" );
+      assert( 0 && "Non call/ret instr in CallRetInstrList" );
   }
-
 }
 
 
+//--------------------------------------------------------------------------
+// The following method coalesces live ranges when possible. This method
+// must be called after the interference graph has been constructed.
 
 
-void LiveRangeInfo::coalesceLRs()  
-{
-
 /* Algorithm:
-   for each BB in method
+   for each BB in function
      for each machine instruction (inst)
        for each definition (def) in inst
          for each operand (op) of inst that is a use
-           if the def and op are of the same register class
+           if the def and op are of the same register type
             if the def and op do not interfere //i.e., not simultaneously live
               if (degree(LR of def) + degree(LR of op)) <= # avail regs
                 if both LRs do not have suggested colors
                    merge2IGNodes(def, op) // i.e., merge 2 LRs 
 
 */
+//---------------------------------------------------------------------------
+void LiveRangeInfo::coalesceLRs()  
+{
+  if(DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges) 
+    cerr << "\nCoalescing LRs ...\n";
 
-  if( DEBUG_RA) 
-    cerr << endl << "Coalscing LRs ..." << endl;
-
-  Method::const_iterator BBI = Meth->begin();  // random iterator for BBs   
-
-  for( ; BBI != Meth->end(); ++BBI) {          // traverse BBs in random order
-
-    // get the iterator for machine instructions
-    const MachineCodeForBasicBlock& MIVec = (*BBI)->getMachineInstrVec();
-    MachineCodeForBasicBlock::const_iterator 
-      MInstIterator = MIVec.begin();
+  MachineFunction &MF = MachineFunction::get(Meth);
+  for (MachineFunction::iterator BBI = MF.begin(); BBI != MF.end(); ++BBI) {
+    MachineBasicBlock &MBB = *BBI;
 
     // iterate over all the machine instructions in BB
-    for( ; MInstIterator != MIVec.end(); ++MInstIterator) {  
-      
-      const MachineInstr * MInst = *MInstIterator; 
+    for(MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin(); MII != MBB.end(); ++MII){
+      const MachineInstr *MI = *MII;
 
-      if( DEBUG_RA > 1) {
+      if( DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges) {
        cerr << " *Iterating over machine instr ";
-       MInst->dump();
-       cerr << endl;
+       MI->dump();
+       cerr << "\n";
       }
 
-
       // iterate over  MI operands to find defs
-      for(MachineInstr::val_op_const_iterator DefI(MInst);!DefI.done();++DefI){
-       
-       if( DefI.isDef() ) {            // iff this operand is a def
-
-         LiveRange *const LROfDef = getLiveRangeForValue( *DefI );
-         assert( LROfDef );
-         RegClass *const RCOfDef = LROfDef->getRegClass();
-
-         MachineInstr::val_op_const_iterator UseI(MInst);
-         for( ; !UseI.done(); ++UseI){ // for all uses
-
-           LiveRange *const LROfUse = getLiveRangeForValue( *UseI );
-
-           if( ! LROfUse ) {           // if LR of use is not found
-
+      for(MachineInstr::const_val_op_iterator DefI = MI->begin(),
+            DefE = MI->end(); DefI != DefE; ++DefI) {
+       if (DefI.isDefOnly() || DefI.isDefAndUse()) { // this operand is modified
+         LiveRange *LROfDef = getLiveRangeForValue( *DefI );
+         RegClass *RCOfDef = LROfDef->getRegClass();
+
+         MachineInstr::const_val_op_iterator UseI = MI->begin(),
+            UseE = MI->end();
+         for( ; UseI != UseE; ++UseI) { // for all uses
+           LiveRange *LROfUse = getLiveRangeForValue( *UseI );
+           if (!LROfUse) {             // if LR of use is not found
              //don't warn about labels
-             if (!((*UseI)->getType())->isLabelType() && DEBUG_RA) {
-               cerr<<" !! Warning: No LR for use "; printValue(*UseI);
-               cerr << endl;
-             }
+             if (!isa<BasicBlock>(*UseI) && DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges)
+               cerr << " !! Warning: No LR for use " << RAV(*UseI) << "\n";
              continue;                 // ignore and continue
            }
 
-           ifLROfUse == LROfDef)     // nothing to merge if they are same
+           if (LROfUse == LROfDef)     // nothing to merge if they are same
              continue;
 
-           RegClass *const RCOfUse = LROfUse->getRegClass();
-
-           if( RCOfDef == RCOfUse ) {  // if the reg classes are the same
-
-             if( ! RCOfDef->getInterference(LROfDef, LROfUse) ) {
+           if (MRI.getRegType(LROfDef) == MRI.getRegType(LROfUse)) {
+             // If the two RegTypes are the same
+             if (!RCOfDef->getInterference(LROfDef, LROfUse) ) {
 
                unsigned CombinedDegree =
                  LROfDef->getUserIGNode()->getNumOfNeighbors() + 
                  LROfUse->getUserIGNode()->getNumOfNeighbors();
 
-               if( CombinedDegree <= RCOfDef->getNumOfAvailRegs() ) {
+                if (CombinedDegree > RCOfDef->getNumOfAvailRegs()) {
+                  // get more precise estimate of combined degree
+                  CombinedDegree = LROfDef->getUserIGNode()->
+                    getCombinedDegree(LROfUse->getUserIGNode());
+                }
 
+               if (CombinedDegree <= RCOfDef->getNumOfAvailRegs()) {
                  // if both LRs do not have suggested colors
-                 if( ! (LROfDef->hasSuggestedColor() &&  
-                        LROfUse->hasSuggestedColor() ) ) {
+                 if (!(LROfDef->hasSuggestedColor() &&  
+                        LROfUse->hasSuggestedColor())) {
                    
                    RCOfDef->mergeIGNodesOfLRs(LROfDef, LROfUse);
                    unionAndUpdateLRs(LROfDef, LROfUse);
                  }
 
-
                } // if combined degree is less than # of regs
-
              } // if def and use do not interfere
-
            }// if reg classes are the same
-
          } // for all uses
-
        } // if def
-
       } // for all defs
-
     } // for all machine instructions
-
   } // for all BBs
 
-  if( DEBUG_RA) 
-    cerr << endl << "Coalscing Done!" << endl;
-
+  if (DEBUG_RA >= RA_DEBUG_LiveRanges) 
+    cerr << "\nCoalescing Done!\n";
 }
 
 
@@ -356,16 +326,17 @@ void LiveRangeInfo::coalesceLRs()
 /*--------------------------- Debug code for printing ---------------*/
 
 
-void LiveRangeInfo::printLiveRanges()
-{
+void LiveRangeInfo::printLiveRanges() {
   LiveRangeMapType::iterator HMI = LiveRangeMap.begin();   // hash map iterator
-  cerr << endl << "Printing Live Ranges from Hash Map:" << endl;
-  for( ; HMI != LiveRangeMap.end() ; HMI ++ ) {
-    if( (*HMI).first && (*HMI).second ) {
-      cerr <<" "; printValue((*HMI).first);  cerr  << "\t: "; 
-      ((*HMI).second)->printSet(); cerr << endl;
+  cerr << "\nPrinting Live Ranges from Hash Map:\n";
+  for( ; HMI != LiveRangeMap.end(); ++HMI) {
+    if (HMI->first && HMI->second) {
+      cerr << " Value* " << RAV(HMI->first) << "\t: "; 
+      if (IGNode* igNode = HMI->second->getUserIGNode())
+        cerr << "LR# " << igNode->getIndex();
+      else
+        cerr << "LR# " << "<no-IGNode>";
+      cerr << "\t:Values = "; printSet(*HMI->second); cerr << "\n";
     }
   }
 }
-
-