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[oota-llvm.git] / include / llvm / CodeGen / LiveVariables.h
1 //===-- llvm/CodeGen/LiveVariables.h - Live Variable 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 LiveVariables analysis pass.  For each machine
11 // instruction in the function, this pass calculates the set of registers that
12 // are immediately dead after the instruction (i.e., the instruction calculates
13 // the value, but it is never used) and the set of registers that are used by
14 // the instruction, but are never used after the instruction (i.e., they are
15 // killed).
16 //
17 // This class computes live variables using a sparse implementation based on
18 // the machine code SSA form.  This class computes live variable information for
19 // each virtual and _register allocatable_ physical register in a function.  It
20 // uses the dominance properties of SSA form to efficiently compute live
21 // variables for virtual registers, and assumes that physical registers are only
22 // live within a single basic block (allowing it to do a single local analysis
23 // to resolve physical register lifetimes in each basic block).  If a physical
24 // register is not register allocatable, it is not tracked.  This is useful for
25 // things like the stack pointer and condition codes.
26 //
27 //===----------------------------------------------------------------------===//
28
29 #ifndef LLVM_CODEGEN_LIVEVARIABLES_H
30 #define LLVM_CODEGEN_LIVEVARIABLES_H
31
32 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
33 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
34 #include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
36 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
37 #include "llvm/ADT/SparseBitVector.h"
38 #include "llvm/CodeGen/MachineBasicBlock.h"
39 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
40 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
41 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
42
43 namespace llvm {
44
45 class MachineRegisterInfo;
46 class TargetRegisterInfo;
47
48 class LiveVariables : public MachineFunctionPass {
49 public:
50   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
51   LiveVariables() : MachineFunctionPass(ID) {
52     initializeLiveVariablesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
53   }
54
55   /// VarInfo - This represents the regions where a virtual register is live in
56   /// the program.  We represent this with three different pieces of
57   /// information: the set of blocks in which the instruction is live
58   /// throughout, the set of blocks in which the instruction is actually used,
59   /// and the set of non-phi instructions that are the last users of the value.
60   ///
61   /// In the common case where a value is defined and killed in the same block,
62   /// There is one killing instruction, and AliveBlocks is empty.
63   ///
64   /// Otherwise, the value is live out of the block.  If the value is live
65   /// throughout any blocks, these blocks are listed in AliveBlocks.  Blocks
66   /// where the liveness range ends are not included in AliveBlocks, instead
67   /// being captured by the Kills set.  In these blocks, the value is live into
68   /// the block (unless the value is defined and killed in the same block) and
69   /// lives until the specified instruction.  Note that there cannot ever be a
70   /// value whose Kills set contains two instructions from the same basic block.
71   ///
72   /// PHI nodes complicate things a bit.  If a PHI node is the last user of a
73   /// value in one of its predecessor blocks, it is not listed in the kills set,
74   /// but does include the predecessor block in the AliveBlocks set (unless that
75   /// block also defines the value).  This leads to the (perfectly sensical)
76   /// situation where a value is defined in a block, and the last use is a phi
77   /// node in the successor.  In this case, AliveBlocks is empty (the value is
78   /// not live across any  blocks) and Kills is empty (phi nodes are not
79   /// included). This is sensical because the value must be live to the end of
80   /// the block, but is not live in any successor blocks.
81   struct VarInfo {
82     /// AliveBlocks - Set of blocks in which this value is alive completely
83     /// through.  This is a bit set which uses the basic block number as an
84     /// index.
85     ///
86     SparseBitVector<> AliveBlocks;
87
88     /// Kills - List of MachineInstruction's which are the last use of this
89     /// virtual register (kill it) in their basic block.
90     ///
91     std::vector<MachineInstr*> Kills;
92
93     /// removeKill - Delete a kill corresponding to the specified
94     /// machine instruction. Returns true if there was a kill
95     /// corresponding to this instruction, false otherwise.
96     bool removeKill(MachineInstr *MI) {
97       std::vector<MachineInstr*>::iterator
98         I = std::find(Kills.begin(), Kills.end(), MI);
99       if (I == Kills.end())
100         return false;
101       Kills.erase(I);
102       return true;
103     }
104
105     /// findKill - Find a kill instruction in MBB. Return NULL if none is found.
106     MachineInstr *findKill(const MachineBasicBlock *MBB) const;
107
108     /// isLiveIn - Is Reg live in to MBB? This means that Reg is live through
109     /// MBB, or it is killed in MBB. If Reg is only used by PHI instructions in
110     /// MBB, it is not considered live in.
111     bool isLiveIn(const MachineBasicBlock &MBB,
112                   unsigned Reg,
113                   MachineRegisterInfo &MRI);
114
115     void dump() const;
116   };
117
118 private:
119   /// VirtRegInfo - This list is a mapping from virtual register number to
120   /// variable information.
121   ///
122   IndexedMap<VarInfo, VirtReg2IndexFunctor> VirtRegInfo;
123
124   /// PHIJoins - list of virtual registers that are PHI joins. These registers
125   /// may have multiple definitions, and they require special handling when
126   /// building live intervals.
127   SparseBitVector<> PHIJoins;
128
129 private:   // Intermediate data structures
130   MachineFunction *MF;
131
132   MachineRegisterInfo* MRI;
133
134   const TargetRegisterInfo *TRI;
135
136   // PhysRegInfo - Keep track of which instruction was the last def of a
137   // physical register. This is a purely local property, because all physical
138   // register references are presumed dead across basic blocks.
139   MachineInstr **PhysRegDef;
140
141   // PhysRegInfo - Keep track of which instruction was the last use of a
142   // physical register. This is a purely local property, because all physical
143   // register references are presumed dead across basic blocks.
144   MachineInstr **PhysRegUse;
145
146   SmallVector<unsigned, 4> *PHIVarInfo;
147
148   // DistanceMap - Keep track the distance of a MI from the start of the
149   // current basic block.
150   DenseMap<MachineInstr*, unsigned> DistanceMap;
151
152   /// HandlePhysRegKill - Add kills of Reg and its sub-registers to the
153   /// uses. Pay special attention to the sub-register uses which may come below
154   /// the last use of the whole register.
155   bool HandlePhysRegKill(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
156
157   /// HandleRegMask - Call HandlePhysRegKill for all registers clobbered by Mask.
158   void HandleRegMask(const MachineOperand&);
159
160   void HandlePhysRegUse(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
161   void HandlePhysRegDef(unsigned Reg, MachineInstr *MI,
162                         SmallVector<unsigned, 4> &Defs);
163   void UpdatePhysRegDefs(MachineInstr *MI, SmallVector<unsigned, 4> &Defs);
164
165   /// FindLastRefOrPartRef - Return the last reference or partial reference of
166   /// the specified register.
167   MachineInstr *FindLastRefOrPartRef(unsigned Reg);
168
169   /// FindLastPartialDef - Return the last partial def of the specified
170   /// register. Also returns the sub-registers that're defined by the
171   /// instruction.
172   MachineInstr *FindLastPartialDef(unsigned Reg,
173                                    SmallSet<unsigned,4> &PartDefRegs);
174
175   /// analyzePHINodes - Gather information about the PHI nodes in here. In
176   /// particular, we want to map the variable information of a virtual
177   /// register which is used in a PHI node. We map that to the BB the vreg
178   /// is coming from.
179   void analyzePHINodes(const MachineFunction& Fn);
180 public:
181
182   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
183
184   /// RegisterDefIsDead - Return true if the specified instruction defines the
185   /// specified register, but that definition is dead.
186   bool RegisterDefIsDead(MachineInstr *MI, unsigned Reg) const;
187
188   //===--------------------------------------------------------------------===//
189   //  API to update live variable information
190
191   /// replaceKillInstruction - Update register kill info by replacing a kill
192   /// instruction with a new one.
193   void replaceKillInstruction(unsigned Reg, MachineInstr *OldMI,
194                               MachineInstr *NewMI);
195
196   /// addVirtualRegisterKilled - Add information about the fact that the
197   /// specified register is killed after being used by the specified
198   /// instruction. If AddIfNotFound is true, add a implicit operand if it's
199   /// not found.
200   void addVirtualRegisterKilled(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI,
201                                 bool AddIfNotFound = false) {
202     if (MI->addRegisterKilled(IncomingReg, TRI, AddIfNotFound))
203       getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(MI); 
204   }
205
206   /// removeVirtualRegisterKilled - Remove the specified kill of the virtual
207   /// register from the live variable information. Returns true if the
208   /// variable was marked as killed by the specified instruction,
209   /// false otherwise.
210   bool removeVirtualRegisterKilled(unsigned reg, MachineInstr *MI) {
211     if (!getVarInfo(reg).removeKill(MI))
212       return false;
213
214     bool Removed = false;
215     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
216       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
217       if (MO.isReg() && MO.isKill() && MO.getReg() == reg) {
218         MO.setIsKill(false);
219         Removed = true;
220         break;
221       }
222     }
223
224     assert(Removed && "Register is not used by this instruction!");
225     (void)Removed;
226     return true;
227   }
228
229   /// removeVirtualRegistersKilled - Remove all killed info for the specified
230   /// instruction.
231   void removeVirtualRegistersKilled(MachineInstr *MI);
232
233   /// addVirtualRegisterDead - Add information about the fact that the specified
234   /// register is dead after being used by the specified instruction. If
235   /// AddIfNotFound is true, add a implicit operand if it's not found.
236   void addVirtualRegisterDead(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI,
237                               bool AddIfNotFound = false) {
238     if (MI->addRegisterDead(IncomingReg, TRI, AddIfNotFound))
239       getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(MI);
240   }
241
242   /// removeVirtualRegisterDead - Remove the specified kill of the virtual
243   /// register from the live variable information. Returns true if the
244   /// variable was marked dead at the specified instruction, false
245   /// otherwise.
246   bool removeVirtualRegisterDead(unsigned reg, MachineInstr *MI) {
247     if (!getVarInfo(reg).removeKill(MI))
248       return false;
249
250     bool Removed = false;
251     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
252       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
253       if (MO.isReg() && MO.isDef() && MO.getReg() == reg) {
254         MO.setIsDead(false);
255         Removed = true;
256         break;
257       }
258     }
259     assert(Removed && "Register is not defined by this instruction!");
260     (void)Removed;
261     return true;
262   }
263   
264   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const;
265
266   virtual void releaseMemory() {
267     VirtRegInfo.clear();
268   }
269
270   /// getVarInfo - Return the VarInfo structure for the specified VIRTUAL
271   /// register.
272   VarInfo &getVarInfo(unsigned RegIdx);
273
274   void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo& VRInfo, MachineBasicBlock* DefBlock,
275                                MachineBasicBlock *BB);
276   void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo& VRInfo, MachineBasicBlock* DefBlock,
277                                MachineBasicBlock *BB,
278                                std::vector<MachineBasicBlock*> &WorkList);
279   void HandleVirtRegDef(unsigned reg, MachineInstr *MI);
280   void HandleVirtRegUse(unsigned reg, MachineBasicBlock *MBB,
281                         MachineInstr *MI);
282
283   bool isLiveIn(unsigned Reg, const MachineBasicBlock &MBB) {
284     return getVarInfo(Reg).isLiveIn(MBB, Reg, *MRI);
285   }
286
287   /// isLiveOut - Determine if Reg is live out from MBB, when not considering
288   /// PHI nodes. This means that Reg is either killed by a successor block or
289   /// passed through one.
290   bool isLiveOut(unsigned Reg, const MachineBasicBlock &MBB);
291
292   /// addNewBlock - Add a new basic block BB between DomBB and SuccBB. All
293   /// variables that are live out of DomBB and live into SuccBB will be marked
294   /// as passing live through BB. This method assumes that the machine code is
295   /// still in SSA form.
296   void addNewBlock(MachineBasicBlock *BB,
297                    MachineBasicBlock *DomBB,
298                    MachineBasicBlock *SuccBB);
299
300   /// isPHIJoin - Return true if Reg is a phi join register.
301   bool isPHIJoin(unsigned Reg) { return PHIJoins.test(Reg); }
302
303   /// setPHIJoin - Mark Reg as a phi join register.
304   void setPHIJoin(unsigned Reg) { PHIJoins.set(Reg); }
305 };
306
307 } // End llvm namespace
308
309 #endif