include/llvm/CodeGen/LiveInterval.h

   1 //===-- llvm/CodeGen/LiveInterval.h - Interval representation ---*- C++ -*-===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the LiveRange and LiveInterval classes.  Given some
  11 // numbering of each the machine instructions an interval [i, j) is said to be a
  12 // live interval for register v if there is no instruction with number j' >= j
  13 // such that v is live at j' and there is no instruction with number i' < i such
  14 // that v is live at i'. In this implementation intervals can have holes,
  15 // i.e. an interval might look like [1,20), [50,65), [1000,1001).  Each
  16 // individual range is represented as an instance of LiveRange, and the whole
  17 // interval is represented as an instance of LiveInterval.
  18 //
  19 //===----------------------------------------------------------------------===//
  20
  21 #ifndef LLVM_CODEGEN_LIVEINTERVAL_H
  22 #define LLVM_CODEGEN_LIVEINTERVAL_H
  23
  24 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
  25 #include "llvm/Support/Allocator.h"
  26 #include "llvm/Support/AlignOf.h"
  27 #include "llvm/CodeGen/SlotIndexes.h"
  28 #include <cassert>
  29 #include <climits>
  30
  31 namespace llvm {
  32   class LiveIntervals;
  33   class MachineInstr;
  34   class MachineRegisterInfo;
  35   class TargetRegisterInfo;
  36   class raw_ostream;
  37
  38   /// VNInfo - Value Number Information.
  39   /// This class holds information about a machine level values, including
  40   /// definition and use points.
  41   ///
  42   /// Care must be taken in interpreting the def index of the value. The
  43   /// following rules apply:
  44   ///
  45   /// If the isDefAccurate() method returns false then def does not contain the
  46   /// index of the defining MachineInstr, or even (necessarily) to a
  47   /// MachineInstr at all. In general such a def index is not meaningful
  48   /// and should not be used. The exception is that, for values originally
  49   /// defined by PHI instructions, after PHI elimination def will contain the
  50   /// index of the MBB in which the PHI originally existed. This can be used
  51   /// to insert code (spills or copies) which deals with the value, which will
  52   /// be live in to the block.
  53   class VNInfo {
  54   private:
  55     enum {
  56       HAS_PHI_KILL    = 1,
  57       REDEF_BY_EC     = 1 << 1,
  58       IS_PHI_DEF      = 1 << 2,
  59       IS_UNUSED       = 1 << 3,
  60       IS_DEF_ACCURATE = 1 << 4
  61     };
  62
  63     unsigned char flags;
  64     union {
  65       MachineInstr *copy;
  66       unsigned reg;
  67     } cr;
  68
  69   public:
  70     typedef BumpPtrAllocator Allocator;
  71
  72     /// The ID number of this value.
  73     unsigned id;
  74
  75     /// The index of the defining instruction (if isDefAccurate() returns true).
  76     SlotIndex def;
  77
  78     /// VNInfo constructor.
  79     /// d is presumed to point to the actual defining instr. If it doesn't
  80     /// setIsDefAccurate(false) should be called after construction.
  81     VNInfo(unsigned i, SlotIndex d, MachineInstr *c)
  82       : flags(IS_DEF_ACCURATE), id(i), def(d) { cr.copy = c; }
  83
  84     /// VNInfo construtor, copies values from orig, except for the value number.
  85     VNInfo(unsigned i, const VNInfo &orig)
  86       : flags(orig.flags), cr(orig.cr), id(i), def(orig.def)
  87     { }
  88
  89     /// Copy from the parameter into this VNInfo.
  90     void copyFrom(VNInfo &src) {
  91       flags = src.flags;
  92       cr = src.cr;
  93       def = src.def;
  94     }
  95
  96     /// Used for copying value number info.
  97     unsigned getFlags() const { return flags; }
  98     void setFlags(unsigned flags) { this->flags = flags; }
  99
 100     /// For a register interval, if this VN was definied by a copy instr
 101     /// getCopy() returns a pointer to it, otherwise returns 0.
 102     /// For a stack interval the behaviour of this method is undefined.
 103     MachineInstr* getCopy() const { return cr.copy; }
 104     /// For a register interval, set the copy member.
 105     /// This method should not be called on stack intervals as it may lead to
 106     /// undefined behavior.
 107     void setCopy(MachineInstr *c) { cr.copy = c; }
 108
 109     /// For a stack interval, returns the reg which this stack interval was
 110     /// defined from.
 111     /// For a register interval the behaviour of this method is undefined.
 112     unsigned getReg() const { return cr.reg; }
 113     /// For a stack interval, set the defining register.
 114     /// This method should not be called on register intervals as it may lead
 115     /// to undefined behaviour.
 116     void setReg(unsigned reg) { cr.reg = reg; }
 117
 118     /// Returns true if one or more kills are PHI nodes.
 119     bool hasPHIKill() const { return flags & HAS_PHI_KILL; }
 120     /// Set the PHI kill flag on this value.
 121     void setHasPHIKill(bool hasKill) {
 122       if (hasKill)
 123         flags |= HAS_PHI_KILL;
 124       else
 125         flags &= ~HAS_PHI_KILL;
 126     }
 127
 128     /// Returns true if this value is re-defined by an early clobber somewhere
 129     /// during the live range.
 130     bool hasRedefByEC() const { return flags & REDEF_BY_EC; }
 131     /// Set the "redef by early clobber" flag on this value.
 132     void setHasRedefByEC(bool hasRedef) {
 133       if (hasRedef)
 134         flags |= REDEF_BY_EC;
 135       else
 136         flags &= ~REDEF_BY_EC;
 137     }
 138
 139     /// Returns true if this value is defined by a PHI instruction (or was,
 140     /// PHI instrucions may have been eliminated).
 141     bool isPHIDef() const { return flags & IS_PHI_DEF; }
 142     /// Set the "phi def" flag on this value.
 143     void setIsPHIDef(bool phiDef) {
 144       if (phiDef)
 145         flags |= IS_PHI_DEF;
 146       else
 147         flags &= ~IS_PHI_DEF;
 148     }
 149
 150     /// Returns true if this value is unused.
 151     bool isUnused() const { return flags & IS_UNUSED; }
 152     /// Set the "is unused" flag on this value.
 153     void setIsUnused(bool unused) {
 154       if (unused)
 155         flags |= IS_UNUSED;
 156       else
 157         flags &= ~IS_UNUSED;
 158     }
 159
 160     /// Returns true if the def is accurate.
 161     bool isDefAccurate() const { return flags & IS_DEF_ACCURATE; }
 162     /// Set the "is def accurate" flag on this value.
 163     void setIsDefAccurate(bool defAccurate) {
 164       if (defAccurate)
 165         flags |= IS_DEF_ACCURATE;
 166       else
 167         flags &= ~IS_DEF_ACCURATE;
 168     }
 169   };
 170
 171   /// LiveRange structure - This represents a simple register range in the
 172   /// program, with an inclusive start point and an exclusive end point.
 173   /// These ranges are rendered as [start,end).
 174   struct LiveRange {
 175     SlotIndex start;  // Start point of the interval (inclusive)
 176     SlotIndex end;    // End point of the interval (exclusive)
 177     VNInfo *valno;   // identifier for the value contained in this interval.
 178
 179     LiveRange(SlotIndex S, SlotIndex E, VNInfo *V)
 180       : start(S), end(E), valno(V) {
 181
 182       assert(S < E && "Cannot create empty or backwards range");
 183     }
 184
 185     /// contains - Return true if the index is covered by this range.
 186     ///
 187     bool contains(SlotIndex I) const {
 188       return start <= I && I < end;
 189     }
 190
 191     /// containsRange - Return true if the given range, [S, E), is covered by
 192     /// this range.
 193     bool containsRange(SlotIndex S, SlotIndex E) const {
 194       assert((S < E) && "Backwards interval?");
 195       return (start <= S && S < end) && (start < E && E <= end);
 196     }
 197
 198     bool operator<(const LiveRange &LR) const {
 199       return start < LR.start || (start == LR.start && end < LR.end);
 200     }
 201     bool operator==(const LiveRange &LR) const {
 202       return start == LR.start && end == LR.end;
 203     }
 204
 205     void dump() const;
 206     void print(raw_ostream &os) const;
 207
 208   private:
 209     LiveRange(); // DO NOT IMPLEMENT
 210   };
 211
 212   template <> struct isPodLike<LiveRange> { static const bool value = true; };
 213
 214   raw_ostream& operator<<(raw_ostream& os, const LiveRange &LR);
 215
 216
 217   inline bool operator<(SlotIndex V, const LiveRange &LR) {
 218     return V < LR.start;
 219   }
 220
 221   inline bool operator<(const LiveRange &LR, SlotIndex V) {
 222     return LR.start < V;
 223   }
 224
 225   /// LiveInterval - This class represents some number of live ranges for a
 226   /// register or value.  This class also contains a bit of register allocator
 227   /// state.
 228   class LiveInterval {
 229   public:
 230
 231     typedef SmallVector<LiveRange,4> Ranges;
 232     typedef SmallVector<VNInfo*,4> VNInfoList;
 233
 234     unsigned reg;        // the register or stack slot of this interval
 235                          // if the top bits is set, it represents a stack slot.
 236     float weight;        // weight of this interval
 237     Ranges ranges;       // the ranges in which this register is live
 238     VNInfoList valnos;   // value#'s
 239
 240     struct InstrSlots {
 241       enum {
 242         LOAD  = 0,
 243         USE   = 1,
 244         DEF   = 2,
 245         STORE = 3,
 246         NUM   = 4
 247       };
 248
 249     };
 250
 251     LiveInterval(unsigned Reg, float Weight, bool IsSS = false)
 252       : reg(Reg), weight(Weight) {
 253       if (IsSS)
 254         reg = reg | (1U << (sizeof(unsigned)*CHAR_BIT-1));
 255     }
 256
 257     typedef Ranges::iterator iterator;
 258     iterator begin() { return ranges.begin(); }
 259     iterator end()   { return ranges.end(); }
 260
 261     typedef Ranges::const_iterator const_iterator;
 262     const_iterator begin() const { return ranges.begin(); }
 263     const_iterator end() const  { return ranges.end(); }
 264
 265     typedef VNInfoList::iterator vni_iterator;
 266     vni_iterator vni_begin() { return valnos.begin(); }
 267     vni_iterator vni_end() { return valnos.end(); }
 268
 269     typedef VNInfoList::const_iterator const_vni_iterator;
 270     const_vni_iterator vni_begin() const { return valnos.begin(); }
 271     const_vni_iterator vni_end() const { return valnos.end(); }
 272
 273     /// advanceTo - Advance the specified iterator to point to the LiveRange
 274     /// containing the specified position, or end() if the position is past the
 275     /// end of the interval.  If no LiveRange contains this position, but the
 276     /// position is in a hole, this method returns an iterator pointing to the
 277     /// LiveRange immediately after the hole.
 278     iterator advanceTo(iterator I, SlotIndex Pos) {
 279       if (Pos >= endIndex())
 280         return end();
 281       while (I->end <= Pos) ++I;
 282       return I;
 283     }
 284
 285     void clear() {
 286       valnos.clear();
 287       ranges.clear();
 288     }
 289
 290     /// isStackSlot - Return true if this is a stack slot interval.
 291     ///
 292     bool isStackSlot() const {
 293       return reg & (1U << (sizeof(unsigned)*CHAR_BIT-1));
 294     }
 295
 296     /// getStackSlotIndex - Return stack slot index if this is a stack slot
 297     /// interval.
 298     int getStackSlotIndex() const {
 299       assert(isStackSlot() && "Interval is not a stack slot interval!");
 300       return reg & ~(1U << (sizeof(unsigned)*CHAR_BIT-1));
 301     }
 302
 303     bool hasAtLeastOneValue() const { return !valnos.empty(); }
 304
 305     bool containsOneValue() const { return valnos.size() == 1; }
 306
 307     unsigned getNumValNums() const { return (unsigned)valnos.size(); }
 308
 309     /// getValNumInfo - Returns pointer to the specified val#.
 310     ///
 311     inline VNInfo *getValNumInfo(unsigned ValNo) {
 312       return valnos[ValNo];
 313     }
 314     inline const VNInfo *getValNumInfo(unsigned ValNo) const {
 315       return valnos[ValNo];
 316     }
 317
 318     /// getNextValue - Create a new value number and return it.  MIIdx specifies
 319     /// the instruction that defines the value number.
 320     VNInfo *getNextValue(SlotIndex def, MachineInstr *CopyMI,
 321                        bool isDefAccurate, VNInfo::Allocator &VNInfoAllocator) {
 322       VNInfo *VNI =
 323         new (VNInfoAllocator) VNInfo((unsigned)valnos.size(), def, CopyMI);
 324       VNI->setIsDefAccurate(isDefAccurate);
 325       valnos.push_back(VNI);
 326       return VNI;
 327     }
 328
 329     /// Create a copy of the given value. The new value will be identical except
 330     /// for the Value number.
 331     VNInfo *createValueCopy(const VNInfo *orig,
 332                             VNInfo::Allocator &VNInfoAllocator) {
 333       VNInfo *VNI =
 334         new (VNInfoAllocator) VNInfo((unsigned)valnos.size(), *orig);
 335       valnos.push_back(VNI);
 336       return VNI;
 337     }
 338
 339     /// RenumberValues - Renumber all values in order of appearance and remove
 340     /// unused values.
 341     void RenumberValues();
 342
 343     /// isOnlyLROfValNo - Return true if the specified live range is the only
 344     /// one defined by the its val#.
 345     bool isOnlyLROfValNo(const LiveRange *LR) {
 346       for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
 347         const LiveRange *Tmp = I;
 348         if (Tmp != LR && Tmp->valno == LR->valno)
 349           return false;
 350       }
 351       return true;
 352     }
 353
 354     /// MergeValueNumberInto - This method is called when two value nubmers
 355     /// are found to be equivalent.  This eliminates V1, replacing all
 356     /// LiveRanges with the V1 value number with the V2 value number.  This can
 357     /// cause merging of V1/V2 values numbers and compaction of the value space.
 358     VNInfo* MergeValueNumberInto(VNInfo *V1, VNInfo *V2);
 359
 360     /// MergeInClobberRanges - For any live ranges that are not defined in the
 361     /// current interval, but are defined in the Clobbers interval, mark them
 362     /// used with an unknown definition value. Caller must pass in reference to
 363     /// VNInfoAllocator since it will create a new val#.
 364     void MergeInClobberRanges(LiveIntervals &li_,
 365                               const LiveInterval &Clobbers,
 366                               VNInfo::Allocator &VNInfoAllocator);
 367
 368     /// MergeInClobberRange - Same as MergeInClobberRanges except it merge in a
 369     /// single LiveRange only.
 370     void MergeInClobberRange(LiveIntervals &li_,
 371                              SlotIndex Start,
 372                              SlotIndex End,
 373                              VNInfo::Allocator &VNInfoAllocator);
 374
 375     /// MergeValueInAsValue - Merge all of the live ranges of a specific val#
 376     /// in RHS into this live interval as the specified value number.
 377     /// The LiveRanges in RHS are allowed to overlap with LiveRanges in the
 378     /// current interval, it will replace the value numbers of the overlaped
 379     /// live ranges with the specified value number.
 380     void MergeRangesInAsValue(const LiveInterval &RHS, VNInfo *LHSValNo);
 381
 382     /// MergeValueInAsValue - Merge all of the live ranges of a specific val#
 383     /// in RHS into this live interval as the specified value number.
 384     /// The LiveRanges in RHS are allowed to overlap with LiveRanges in the
 385     /// current interval, but only if the overlapping LiveRanges have the
 386     /// specified value number.
 387     void MergeValueInAsValue(const LiveInterval &RHS,
 388                              const VNInfo *RHSValNo, VNInfo *LHSValNo);
 389
 390     /// Copy - Copy the specified live interval. This copies all the fields
 391     /// except for the register of the interval.
 392     void Copy(const LiveInterval &RHS, MachineRegisterInfo *MRI,
 393               VNInfo::Allocator &VNInfoAllocator);
 394
 395     bool empty() const { return ranges.empty(); }
 396
 397     /// beginIndex - Return the lowest numbered slot covered by interval.
 398     SlotIndex beginIndex() const {
 399       assert(!empty() && "Call to beginIndex() on empty interval.");
 400       return ranges.front().start;
 401     }
 402
 403     /// endNumber - return the maximum point of the interval of the whole,
 404     /// exclusive.
 405     SlotIndex endIndex() const {
 406       assert(!empty() && "Call to endIndex() on empty interval.");
 407       return ranges.back().end;
 408     }
 409
 410     bool expiredAt(SlotIndex index) const {
 411       return index >= endIndex();
 412     }
 413
 414     bool liveAt(SlotIndex index) const;
 415
 416     // liveBeforeAndAt - Check if the interval is live at the index and the
 417     // index just before it. If index is liveAt, check if it starts a new live
 418     // range.If it does, then check if the previous live range ends at index-1.
 419     bool liveBeforeAndAt(SlotIndex index) const;
 420
 421     /// killedAt - Return true if a live range ends at index. Note that the kill
 422     /// point is not contained in the half-open live range. It is usually the
 423     /// getDefIndex() slot following its last use.
 424     bool killedAt(SlotIndex index) const;
 425
 426     /// killedInRange - Return true if the interval has kills in [Start,End).
 427     /// Note that the kill point is considered the end of a live range, so it is
 428     /// not contained in the live range. If a live range ends at End, it won't
 429     /// be counted as a kill by this method.
 430     bool killedInRange(SlotIndex Start, SlotIndex End) const;
 431
 432     /// getLiveRangeContaining - Return the live range that contains the
 433     /// specified index, or null if there is none.
 434     const LiveRange *getLiveRangeContaining(SlotIndex Idx) const {
 435       const_iterator I = FindLiveRangeContaining(Idx);
 436       return I == end() ? 0 : &*I;
 437     }
 438
 439     /// getLiveRangeContaining - Return the live range that contains the
 440     /// specified index, or null if there is none.
 441     LiveRange *getLiveRangeContaining(SlotIndex Idx) {
 442       iterator I = FindLiveRangeContaining(Idx);
 443       return I == end() ? 0 : &*I;
 444     }
 445
 446     /// getVNInfoAt - Return the VNInfo that is live at Idx, or NULL.
 447     VNInfo *getVNInfoAt(SlotIndex Idx) const {
 448       const_iterator I = FindLiveRangeContaining(Idx);
 449       return I == end() ? 0 : I->valno;
 450     }
 451
 452     /// FindLiveRangeContaining - Return an iterator to the live range that
 453     /// contains the specified index, or end() if there is none.
 454     const_iterator FindLiveRangeContaining(SlotIndex Idx) const;
 455
 456     /// FindLiveRangeContaining - Return an iterator to the live range that
 457     /// contains the specified index, or end() if there is none.
 458     iterator FindLiveRangeContaining(SlotIndex Idx);
 459
 460     /// findDefinedVNInfo - Find the by the specified
 461     /// index (register interval) or defined
 462     VNInfo *findDefinedVNInfoForRegInt(SlotIndex Idx) const;
 463
 464     /// findDefinedVNInfo - Find the VNInfo that's defined by the specified
 465     /// register (stack inteval only).
 466     VNInfo *findDefinedVNInfoForStackInt(unsigned Reg) const;
 467
 468
 469     /// overlaps - Return true if the intersection of the two live intervals is
 470     /// not empty.
 471     bool overlaps(const LiveInterval& other) const {
 472       if (other.empty())
 473         return false;
 474       return overlapsFrom(other, other.begin());
 475     }
 476
 477     /// overlaps - Return true if the live interval overlaps a range specified
 478     /// by [Start, End).
 479     bool overlaps(SlotIndex Start, SlotIndex End) const;
 480
 481     /// overlapsFrom - Return true if the intersection of the two live intervals
 482     /// is not empty.  The specified iterator is a hint that we can begin
 483     /// scanning the Other interval starting at I.
 484     bool overlapsFrom(const LiveInterval& other, const_iterator I) const;
 485
 486     /// addRange - Add the specified LiveRange to this interval, merging
 487     /// intervals as appropriate.  This returns an iterator to the inserted live
 488     /// range (which may have grown since it was inserted.
 489     void addRange(LiveRange LR) {
 490       addRangeFrom(LR, ranges.begin());
 491     }
 492
 493     /// join - Join two live intervals (this, and other) together.  This applies
 494     /// mappings to the value numbers in the LHS/RHS intervals as specified.  If
 495     /// the intervals are not joinable, this aborts.
 496     void join(LiveInterval &Other,
 497               const int *ValNoAssignments,
 498               const int *RHSValNoAssignments,
 499               SmallVector<VNInfo*, 16> &NewVNInfo,
 500               MachineRegisterInfo *MRI);
 501
 502     /// isInOneLiveRange - Return true if the range specified is entirely in the
 503     /// a single LiveRange of the live interval.
 504     bool isInOneLiveRange(SlotIndex Start, SlotIndex End);
 505
 506     /// removeRange - Remove the specified range from this interval.  Note that
 507     /// the range must be a single LiveRange in its entirety.
 508     void removeRange(SlotIndex Start, SlotIndex End,
 509                      bool RemoveDeadValNo = false);
 510
 511     void removeRange(LiveRange LR, bool RemoveDeadValNo = false) {
 512       removeRange(LR.start, LR.end, RemoveDeadValNo);
 513     }
 514
 515     /// removeValNo - Remove all the ranges defined by the specified value#.
 516     /// Also remove the value# from value# list.
 517     void removeValNo(VNInfo *ValNo);
 518
 519     /// getSize - Returns the sum of sizes of all the LiveRange's.
 520     ///
 521     unsigned getSize() const;
 522
 523     /// Returns true if the live interval is zero length, i.e. no live ranges
 524     /// span instructions. It doesn't pay to spill such an interval.
 525     bool isZeroLength() const {
 526       for (const_iterator i = begin(), e = end(); i != e; ++i)
 527         if (i->end.getPrevIndex() > i->start)
 528           return false;
 529       return true;
 530     }
 531
 532     /// isSpillable - Can this interval be spilled?
 533     bool isSpillable() const {
 534       return weight != HUGE_VALF;
 535     }
 536
 537     /// markNotSpillable - Mark interval as not spillable
 538     void markNotSpillable() {
 539       weight = HUGE_VALF;
 540     }
 541
 542     /// ComputeJoinedWeight - Set the weight of a live interval after
 543     /// Other has been merged into it.
 544     void ComputeJoinedWeight(const LiveInterval &Other);
 545
 546     bool operator<(const LiveInterval& other) const {
 547       const SlotIndex &thisIndex = beginIndex();
 548       const SlotIndex &otherIndex = other.beginIndex();
 549       return (thisIndex < otherIndex ||
 550               (thisIndex == otherIndex && reg < other.reg));
 551     }
 552
 553     void print(raw_ostream &OS, const TargetRegisterInfo *TRI = 0) const;
 554     void dump() const;
 555
 556   private:
 557
 558     Ranges::iterator addRangeFrom(LiveRange LR, Ranges::iterator From);
 559     void extendIntervalEndTo(Ranges::iterator I, SlotIndex NewEnd);
 560     Ranges::iterator extendIntervalStartTo(Ranges::iterator I, SlotIndex NewStr);
 561     void markValNoForDeletion(VNInfo *V);
 562
 563     LiveInterval& operator=(const LiveInterval& rhs); // DO NOT IMPLEMENT
 564
 565   };
 566
 567   inline raw_ostream &operator<<(raw_ostream &OS, const LiveInterval &LI) {
 568     LI.print(OS);
 569     return OS;
 570   }
 571 }
 572
 573 #endif