dc52c0a896c40a0ae4d049930f65c0be667fb8d5
[oota-llvm.git] / include / llvm / CodeGen / LiveIntervalAnalysis.h
1 //===-- LiveIntervalAnalysis.h - Live Interval Analysis ---------*- 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 LiveInterval analysis pass.  Given some numbering of
11 // each the machine instructions (in this implemention depth-first order) an
12 // interval [i, j) is said to be a live interval for register v if there is no
13 // instruction with number j' > j such that v is live at j' and there is no
14 // instruction with number i' < i such that v is live at i'. In this
15 // implementation intervals can have holes, i.e. an interval might look like
16 // [1,20), [50,65), [1000,1001).
17 //
18 //===----------------------------------------------------------------------===//
19
20 #ifndef LLVM_CODEGEN_LIVEINTERVALANALYSIS_H
21 #define LLVM_CODEGEN_LIVEINTERVALANALYSIS_H
22
23 #include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
24 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
25 #include "llvm/CodeGen/LiveInterval.h"
26 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
27 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
28 #include "llvm/CodeGen/SlotIndexes.h"
29 #include "llvm/Support/Allocator.h"
30 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
31 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
32 #include <cmath>
33 #include <iterator>
34
35 namespace llvm {
36
37 extern cl::opt<bool> UseSegmentSetForPhysRegs;
38
39   class AliasAnalysis;
40   class BitVector;
41   class BlockFrequency;
42   class LiveRangeCalc;
43   class LiveVariables;
44   class MachineDominatorTree;
45   class MachineLoopInfo;
46   class TargetRegisterInfo;
47   class MachineRegisterInfo;
48   class TargetInstrInfo;
49   class TargetRegisterClass;
50   class VirtRegMap;
51   class MachineBlockFrequencyInfo;
52
53   class LiveIntervals : public MachineFunctionPass {
54     MachineFunction* MF;
55     MachineRegisterInfo* MRI;
56     const TargetRegisterInfo* TRI;
57     const TargetInstrInfo* TII;
58     AliasAnalysis *AA;
59     SlotIndexes* Indexes;
60     MachineDominatorTree *DomTree;
61     LiveRangeCalc *LRCalc;
62
63     /// Special pool allocator for VNInfo's (LiveInterval val#).
64     ///
65     VNInfo::Allocator VNInfoAllocator;
66
67     /// Live interval pointers for all the virtual registers.
68     IndexedMap<LiveInterval*, VirtReg2IndexFunctor> VirtRegIntervals;
69
70     /// RegMaskSlots - Sorted list of instructions with register mask operands.
71     /// Always use the 'r' slot, RegMasks are normal clobbers, not early
72     /// clobbers.
73     SmallVector<SlotIndex, 8> RegMaskSlots;
74
75     /// RegMaskBits - This vector is parallel to RegMaskSlots, it holds a
76     /// pointer to the corresponding register mask.  This pointer can be
77     /// recomputed as:
78     ///
79     ///   MI = Indexes->getInstructionFromIndex(RegMaskSlot[N]);
80     ///   unsigned OpNum = findRegMaskOperand(MI);
81     ///   RegMaskBits[N] = MI->getOperand(OpNum).getRegMask();
82     ///
83     /// This is kept in a separate vector partly because some standard
84     /// libraries don't support lower_bound() with mixed objects, partly to
85     /// improve locality when searching in RegMaskSlots.
86     /// Also see the comment in LiveInterval::find().
87     SmallVector<const uint32_t*, 8> RegMaskBits;
88
89     /// For each basic block number, keep (begin, size) pairs indexing into the
90     /// RegMaskSlots and RegMaskBits arrays.
91     /// Note that basic block numbers may not be layout contiguous, that's why
92     /// we can't just keep track of the first register mask in each basic
93     /// block.
94     SmallVector<std::pair<unsigned, unsigned>, 8> RegMaskBlocks;
95
96     /// Keeps a live range set for each register unit to track fixed physreg
97     /// interference.
98     SmallVector<LiveRange*, 0> RegUnitRanges;
99
100   public:
101     static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
102     LiveIntervals();
103     virtual ~LiveIntervals();
104
105     // Calculate the spill weight to assign to a single instruction.
106     static float getSpillWeight(bool isDef, bool isUse,
107                                 const MachineBlockFrequencyInfo *MBFI,
108                                 const MachineInstr *Instr);
109
110     LiveInterval &getInterval(unsigned Reg) {
111       if (hasInterval(Reg))
112         return *VirtRegIntervals[Reg];
113       else
114         return createAndComputeVirtRegInterval(Reg);
115     }
116
117     const LiveInterval &getInterval(unsigned Reg) const {
118       return const_cast<LiveIntervals*>(this)->getInterval(Reg);
119     }
120
121     bool hasInterval(unsigned Reg) const {
122       return VirtRegIntervals.inBounds(Reg) && VirtRegIntervals[Reg];
123     }
124
125     // Interval creation.
126     LiveInterval &createEmptyInterval(unsigned Reg) {
127       assert(!hasInterval(Reg) && "Interval already exists!");
128       VirtRegIntervals.grow(Reg);
129       VirtRegIntervals[Reg] = createInterval(Reg);
130       return *VirtRegIntervals[Reg];
131     }
132
133     LiveInterval &createAndComputeVirtRegInterval(unsigned Reg) {
134       LiveInterval &LI = createEmptyInterval(Reg);
135       computeVirtRegInterval(LI);
136       return LI;
137     }
138
139     // Interval removal.
140     void removeInterval(unsigned Reg) {
141       delete VirtRegIntervals[Reg];
142       VirtRegIntervals[Reg] = nullptr;
143     }
144
145     /// Given a register and an instruction, adds a live segment from that
146     /// instruction to the end of its MBB.
147     LiveInterval::Segment addSegmentToEndOfBlock(unsigned reg,
148                                                  MachineInstr* startInst);
149
150     /// shrinkToUses - After removing some uses of a register, shrink its live
151     /// range to just the remaining uses. This method does not compute reaching
152     /// defs for new uses, and it doesn't remove dead defs.
153     /// Dead PHIDef values are marked as unused.
154     /// New dead machine instructions are added to the dead vector.
155     /// Return true if the interval may have been separated into multiple
156     /// connected components.
157     bool shrinkToUses(LiveInterval *li,
158                       SmallVectorImpl<MachineInstr*> *dead = nullptr);
159
160     /// Specialized version of
161     /// shrinkToUses(LiveInterval *li, SmallVectorImpl<MachineInstr*> *dead)
162     /// that works on a subregister live range and only looks at uses matching
163     /// the lane mask of the subregister range.
164     void shrinkToUses(LiveInterval::SubRange &SR, unsigned Reg);
165
166     /// extendToIndices - Extend the live range of LI to reach all points in
167     /// Indices. The points in the Indices array must be jointly dominated by
168     /// existing defs in LI. PHI-defs are added as needed to maintain SSA form.
169     ///
170     /// If a SlotIndex in Indices is the end index of a basic block, LI will be
171     /// extended to be live out of the basic block.
172     ///
173     /// See also LiveRangeCalc::extend().
174     void extendToIndices(LiveRange &LR, ArrayRef<SlotIndex> Indices);
175
176
177     /// If @p LR has a live value at @p Kill, prune its live range by removing
178     /// any liveness reachable from Kill. Add live range end points to
179     /// EndPoints such that extendToIndices(LI, EndPoints) will reconstruct the
180     /// value's live range.
181     ///
182     /// Calling pruneValue() and extendToIndices() can be used to reconstruct
183     /// SSA form after adding defs to a virtual register.
184     void pruneValue(LiveRange &LR, SlotIndex Kill,
185                     SmallVectorImpl<SlotIndex> *EndPoints);
186
187     SlotIndexes *getSlotIndexes() const {
188       return Indexes;
189     }
190
191     AliasAnalysis *getAliasAnalysis() const {
192       return AA;
193     }
194
195     /// isNotInMIMap - returns true if the specified machine instr has been
196     /// removed or was never entered in the map.
197     bool isNotInMIMap(const MachineInstr* Instr) const {
198       return !Indexes->hasIndex(Instr);
199     }
200
201     /// Returns the base index of the given instruction.
202     SlotIndex getInstructionIndex(const MachineInstr *instr) const {
203       return Indexes->getInstructionIndex(instr);
204     }
205
206     /// Returns the instruction associated with the given index.
207     MachineInstr* getInstructionFromIndex(SlotIndex index) const {
208       return Indexes->getInstructionFromIndex(index);
209     }
210
211     /// Return the first index in the given basic block.
212     SlotIndex getMBBStartIdx(const MachineBasicBlock *mbb) const {
213       return Indexes->getMBBStartIdx(mbb);
214     }
215
216     /// Return the last index in the given basic block.
217     SlotIndex getMBBEndIdx(const MachineBasicBlock *mbb) const {
218       return Indexes->getMBBEndIdx(mbb);
219     }
220
221     bool isLiveInToMBB(const LiveRange &LR,
222                        const MachineBasicBlock *mbb) const {
223       return LR.liveAt(getMBBStartIdx(mbb));
224     }
225
226     bool isLiveOutOfMBB(const LiveRange &LR,
227                         const MachineBasicBlock *mbb) const {
228       return LR.liveAt(getMBBEndIdx(mbb).getPrevSlot());
229     }
230
231     MachineBasicBlock* getMBBFromIndex(SlotIndex index) const {
232       return Indexes->getMBBFromIndex(index);
233     }
234
235     void insertMBBInMaps(MachineBasicBlock *MBB) {
236       Indexes->insertMBBInMaps(MBB);
237       assert(unsigned(MBB->getNumber()) == RegMaskBlocks.size() &&
238              "Blocks must be added in order.");
239       RegMaskBlocks.push_back(std::make_pair(RegMaskSlots.size(), 0));
240     }
241
242     SlotIndex InsertMachineInstrInMaps(MachineInstr *MI) {
243       return Indexes->insertMachineInstrInMaps(MI);
244     }
245
246     void InsertMachineInstrRangeInMaps(MachineBasicBlock::iterator B,
247                                        MachineBasicBlock::iterator E) {
248       for (MachineBasicBlock::iterator I = B; I != E; ++I)
249         Indexes->insertMachineInstrInMaps(I);
250     }
251
252     void RemoveMachineInstrFromMaps(MachineInstr *MI) {
253       Indexes->removeMachineInstrFromMaps(MI);
254     }
255
256     void ReplaceMachineInstrInMaps(MachineInstr *MI, MachineInstr *NewMI) {
257       Indexes->replaceMachineInstrInMaps(MI, NewMI);
258     }
259
260     bool findLiveInMBBs(SlotIndex Start, SlotIndex End,
261                         SmallVectorImpl<MachineBasicBlock*> &MBBs) const {
262       return Indexes->findLiveInMBBs(Start, End, MBBs);
263     }
264
265     VNInfo::Allocator& getVNInfoAllocator() { return VNInfoAllocator; }
266
267     void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
268     void releaseMemory() override;
269
270     /// runOnMachineFunction - pass entry point
271     bool runOnMachineFunction(MachineFunction&) override;
272
273     /// print - Implement the dump method.
274     void print(raw_ostream &O, const Module* = nullptr) const override;
275
276     /// intervalIsInOneMBB - If LI is confined to a single basic block, return
277     /// a pointer to that block.  If LI is live in to or out of any block,
278     /// return NULL.
279     MachineBasicBlock *intervalIsInOneMBB(const LiveInterval &LI) const;
280
281     /// Returns true if VNI is killed by any PHI-def values in LI.
282     /// This may conservatively return true to avoid expensive computations.
283     bool hasPHIKill(const LiveInterval &LI, const VNInfo *VNI) const;
284
285     /// addKillFlags - Add kill flags to any instruction that kills a virtual
286     /// register.
287     void addKillFlags(const VirtRegMap*);
288
289     /// handleMove - call this method to notify LiveIntervals that
290     /// instruction 'mi' has been moved within a basic block. This will update
291     /// the live intervals for all operands of mi. Moves between basic blocks
292     /// are not supported.
293     ///
294     /// \param UpdateFlags Update live intervals for nonallocatable physregs.
295     void handleMove(MachineInstr* MI, bool UpdateFlags = false);
296
297     /// moveIntoBundle - Update intervals for operands of MI so that they
298     /// begin/end on the SlotIndex for BundleStart.
299     ///
300     /// \param UpdateFlags Update live intervals for nonallocatable physregs.
301     ///
302     /// Requires MI and BundleStart to have SlotIndexes, and assumes
303     /// existing liveness is accurate. BundleStart should be the first
304     /// instruction in the Bundle.
305     void handleMoveIntoBundle(MachineInstr* MI, MachineInstr* BundleStart,
306                               bool UpdateFlags = false);
307
308     /// repairIntervalsInRange - Update live intervals for instructions in a
309     /// range of iterators. It is intended for use after target hooks that may
310     /// insert or remove instructions, and is only efficient for a small number
311     /// of instructions.
312     ///
313     /// OrigRegs is a vector of registers that were originally used by the
314     /// instructions in the range between the two iterators.
315     ///
316     /// Currently, the only only changes that are supported are simple removal
317     /// and addition of uses.
318     void repairIntervalsInRange(MachineBasicBlock *MBB,
319                                 MachineBasicBlock::iterator Begin,
320                                 MachineBasicBlock::iterator End,
321                                 ArrayRef<unsigned> OrigRegs);
322
323     // Register mask functions.
324     //
325     // Machine instructions may use a register mask operand to indicate that a
326     // large number of registers are clobbered by the instruction.  This is
327     // typically used for calls.
328     //
329     // For compile time performance reasons, these clobbers are not recorded in
330     // the live intervals for individual physical registers.  Instead,
331     // LiveIntervalAnalysis maintains a sorted list of instructions with
332     // register mask operands.
333
334     /// getRegMaskSlots - Returns a sorted array of slot indices of all
335     /// instructions with register mask operands.
336     ArrayRef<SlotIndex> getRegMaskSlots() const { return RegMaskSlots; }
337
338     /// getRegMaskSlotsInBlock - Returns a sorted array of slot indices of all
339     /// instructions with register mask operands in the basic block numbered
340     /// MBBNum.
341     ArrayRef<SlotIndex> getRegMaskSlotsInBlock(unsigned MBBNum) const {
342       std::pair<unsigned, unsigned> P = RegMaskBlocks[MBBNum];
343       return getRegMaskSlots().slice(P.first, P.second);
344     }
345
346     /// getRegMaskBits() - Returns an array of register mask pointers
347     /// corresponding to getRegMaskSlots().
348     ArrayRef<const uint32_t*> getRegMaskBits() const { return RegMaskBits; }
349
350     /// getRegMaskBitsInBlock - Returns an array of mask pointers corresponding
351     /// to getRegMaskSlotsInBlock(MBBNum).
352     ArrayRef<const uint32_t*> getRegMaskBitsInBlock(unsigned MBBNum) const {
353       std::pair<unsigned, unsigned> P = RegMaskBlocks[MBBNum];
354       return getRegMaskBits().slice(P.first, P.second);
355     }
356
357     /// checkRegMaskInterference - Test if LI is live across any register mask
358     /// instructions, and compute a bit mask of physical registers that are not
359     /// clobbered by any of them.
360     ///
361     /// Returns false if LI doesn't cross any register mask instructions. In
362     /// that case, the bit vector is not filled in.
363     bool checkRegMaskInterference(LiveInterval &LI,
364                                   BitVector &UsableRegs);
365
366     // Register unit functions.
367     //
368     // Fixed interference occurs when MachineInstrs use physregs directly
369     // instead of virtual registers. This typically happens when passing
370     // arguments to a function call, or when instructions require operands in
371     // fixed registers.
372     //
373     // Each physreg has one or more register units, see MCRegisterInfo. We
374     // track liveness per register unit to handle aliasing registers more
375     // efficiently.
376
377     /// getRegUnit - Return the live range for Unit.
378     /// It will be computed if it doesn't exist.
379     LiveRange &getRegUnit(unsigned Unit) {
380       LiveRange *LR = RegUnitRanges[Unit];
381       if (!LR) {
382         // Compute missing ranges on demand.
383         // Use segment set to speed-up initial computation of the live range.
384         RegUnitRanges[Unit] = LR = new LiveRange(UseSegmentSetForPhysRegs);
385         computeRegUnitRange(*LR, Unit);
386       }
387       return *LR;
388     }
389
390     /// getCachedRegUnit - Return the live range for Unit if it has already
391     /// been computed, or NULL if it hasn't been computed yet.
392     LiveRange *getCachedRegUnit(unsigned Unit) {
393       return RegUnitRanges[Unit];
394     }
395
396     const LiveRange *getCachedRegUnit(unsigned Unit) const {
397       return RegUnitRanges[Unit];
398     }
399
400     /// Remove value numbers and related live segments starting at position
401     /// @p Pos that are part of any liverange of physical register @p Reg or one
402     /// of its subregisters.
403     void removePhysRegDefAt(unsigned Reg, SlotIndex Pos);
404
405     /// Remove value number and related live segments of @p LI and its subranges
406     /// that start at position @p Pos.
407     void removeVRegDefAt(LiveInterval &LI, SlotIndex Pos);
408
409   private:
410     /// Compute live intervals for all virtual registers.
411     void computeVirtRegs();
412
413     /// Compute RegMaskSlots and RegMaskBits.
414     void computeRegMasks();
415
416     /// Walk the values in @p LI and check for dead values:
417     /// - Dead PHIDef values are marked as unused.
418     /// - Dead operands are marked as such.
419     /// - Completely dead machine instructions are added to the @p dead vector
420     ///   if it is not nullptr.
421     /// Returns true if any PHI value numbers have been removed which may
422     /// have separated the interval into multiple connected components.
423     bool computeDeadValues(LiveInterval &LI,
424                            SmallVectorImpl<MachineInstr*> *dead);
425
426     static LiveInterval* createInterval(unsigned Reg);
427
428     void printInstrs(raw_ostream &O) const;
429     void dumpInstrs() const;
430
431     void computeLiveInRegUnits();
432     void computeRegUnitRange(LiveRange&, unsigned Unit);
433     void computeVirtRegInterval(LiveInterval&);
434
435
436     /// Helper function for repairIntervalsInRange(), walks backwards and
437     /// creates/modifies live segments in @p LR to match the operands found.
438     /// Only full operands or operands with subregisters matching @p LaneMask
439     /// are considered.
440     void repairOldRegInRange(MachineBasicBlock::iterator Begin,
441                              MachineBasicBlock::iterator End,
442                              const SlotIndex endIdx, LiveRange &LR,
443                              unsigned Reg, unsigned LaneMask = ~0u);
444
445     class HMEditor;
446   };
447 } // End llvm namespace
448
449 #endif