b9d5784d3251dbe73cae1345d698b69e9e6ed2ba
[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 was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
7 //
8 //===----------------------------------------------------------------------===//
9 //
10 // This file implements the LiveVariable 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 are 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/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
33 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
34 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
36 #include <map>
37
38 namespace llvm {
39
40 class MRegisterInfo;
41
42 class LiveVariables : public MachineFunctionPass {
43 public:
44   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
45   LiveVariables() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
46
47   /// VarInfo - This represents the regions where a virtual register is live in
48   /// the program.  We represent this with three different pieces of
49   /// information: the instruction that uniquely defines the value, the set of
50   /// blocks the instruction is live into and live out of, and the set of 
51   /// non-phi instructions that are the last users of the value.
52   ///
53   /// In the common case where a value is defined and killed in the same block,
54   /// DefInst is the defining inst, there is one killing instruction, and 
55   /// AliveBlocks is empty.
56   ///
57   /// Otherwise, the value is live out of the block.  If the value is live
58   /// across any blocks, these blocks are listed in AliveBlocks.  Blocks where
59   /// the liveness range ends are not included in AliveBlocks, instead being
60   /// captured by the Kills set.  In these blocks, the value is live into the
61   /// block (unless the value is defined and killed in the same block) and lives
62   /// until the specified instruction.  Note that there cannot ever be a value
63   /// whose Kills set contains two instructions from the same basic block.
64   ///
65   /// PHI nodes complicate things a bit.  If a PHI node is the last user of a
66   /// value in one of its predecessor blocks, it is not listed in the kills set,
67   /// but does include the predecessor block in the AliveBlocks set (unless that
68   /// block also defines the value).  This leads to the (perfectly sensical)
69   /// situation where a value is defined in a block, and the last use is a phi
70   /// node in the successor.  In this case, DefInst will be the defining
71   /// instruction, AliveBlocks is empty (the value is not live across any 
72   /// blocks) and Kills is empty (phi nodes are not included).  This is sensical
73   /// because the value must be live to the end of the block, but is not live in
74   /// any successor blocks.
75   struct VarInfo {
76     /// DefInst - The machine instruction that defines this register.
77     ///
78     MachineInstr *DefInst;
79
80     /// AliveBlocks - Set of blocks of which this value is alive completely
81     /// through.  This is a bit set which uses the basic block number as an
82     /// index.
83     ///
84     BitVector AliveBlocks;
85
86     /// UsedBlocks - Set of blocks of which this value is actually used. This
87     /// is a bit set which uses the basic block number as an index.
88     BitVector UsedBlocks;
89
90     /// NumUses - Number of uses of this register across the entire function.
91     ///
92     unsigned NumUses;
93
94     /// Kills - List of MachineInstruction's which are the last use of this
95     /// virtual register (kill it) in their basic block.
96     ///
97     std::vector<MachineInstr*> Kills;
98
99     VarInfo() : DefInst(0), NumUses(0) {}
100
101     /// removeKill - Delete a kill corresponding to the specified
102     /// machine instruction. Returns true if there was a kill
103     /// corresponding to this instruction, false otherwise.
104     bool removeKill(MachineInstr *MI) {
105       for (std::vector<MachineInstr*>::iterator i = Kills.begin(),
106              e = Kills.end(); i != e; ++i)
107         if (*i == MI) {
108           Kills.erase(i);
109           return true;
110         }
111       return false;
112     }
113     
114     void dump() const;
115   };
116
117 private:
118   /// VirtRegInfo - This list is a mapping from virtual register number to
119   /// variable information.  FirstVirtualRegister is subtracted from the virtual
120   /// register number before indexing into this list.
121   ///
122   std::vector<VarInfo> VirtRegInfo;
123
124   /// ReservedRegisters - This vector keeps track of which registers
125   /// are reserved register which are not allocatable by the target machine.
126   /// We can not track liveness for values that are in this set.
127   ///
128   BitVector ReservedRegisters;
129
130 private:   // Intermediate data structures
131   MachineFunction *MF;
132
133   const MRegisterInfo *RegInfo;
134
135   // PhysRegInfo - Keep track of which instruction was the last def/use of a
136   // physical register. This is a purely local property, because all physical
137   // register references as presumed dead across basic blocks.
138   MachineInstr **PhysRegInfo;
139
140   // PhysRegUsed - Keep track whether the physical register has been used after
141   // its last definition. This is local property.
142   bool          *PhysRegUsed;
143
144   // PhysRegPartUse - Keep track of which instruction was the last partial use
145   // of a physical register (e.g. on X86 a def of EAX followed by a use of AX).
146   // This is a purely local property.
147   MachineInstr **PhysRegPartUse;
148
149   // PhysRegPartDef - Keep track of a list of instructions which "partially"
150   // defined the physical register (e.g. on X86 AX partially defines EAX).
151   // These are turned into use/mod/write if there is a use of the register
152   // later in the same block. This is local property.
153   SmallVector<MachineInstr*, 4> *PhysRegPartDef;
154
155   SmallVector<unsigned, 4> *PHIVarInfo;
156
157   void addRegisterKills(unsigned Reg, MachineInstr *MI,
158                         SmallSet<unsigned, 4> &SubKills);
159
160   /// HandlePhysRegKill - Add kills of Reg and its sub-registers to the
161   /// uses. Pay special attention to the sub-register uses which may come below
162   /// the last use of the whole register.
163   bool HandlePhysRegKill(unsigned Reg, MachineInstr *MI,
164                          SmallSet<unsigned, 4> &SubKills);
165   bool HandlePhysRegKill(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
166   void HandlePhysRegUse(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
167   void HandlePhysRegDef(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
168
169   /// analyzePHINodes - Gather information about the PHI nodes in here. In
170   /// particular, we want to map the variable information of a virtual
171   /// register which is used in a PHI node. We map that to the BB the vreg
172   /// is coming from.
173   void analyzePHINodes(const MachineFunction& Fn);
174 public:
175
176   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
177
178   /// KillsRegister - Return true if the specified instruction kills the
179   /// specified register.
180   bool KillsRegister(MachineInstr *MI, unsigned Reg) const;
181   
182   /// RegisterDefIsDead - Return true if the specified instruction defines the
183   /// specified register, but that definition is dead.
184   bool RegisterDefIsDead(MachineInstr *MI, unsigned Reg) const;
185
186   /// ModifiesRegister - Return true if the specified instruction modifies the
187   /// specified register.
188   bool ModifiesRegister(MachineInstr *MI, unsigned Reg) const;
189   
190   //===--------------------------------------------------------------------===//
191   //  API to update live variable information
192
193   /// instructionChanged - When the address of an instruction changes, this
194   /// method should be called so that live variables can update its internal
195   /// data structures.  This removes the records for OldMI, transfering them to
196   /// the records for NewMI.
197   void instructionChanged(MachineInstr *OldMI, MachineInstr *NewMI);
198
199   /// transferKillDeadInfo - Similar to instructionChanged except it does not
200   /// update live variables internal data structures.
201   static void transferKillDeadInfo(MachineInstr *OldMI, MachineInstr *NewMI,
202                                    const MRegisterInfo *RegInfo);
203
204   /// addRegisterKilled - We have determined MI kills a register. Look for the
205   /// operand that uses it and mark it as IsKill. If AddIfNotFound is true,
206   /// add a implicit operand if it's not found. Returns true if the operand
207   /// exists / is added.
208   static bool addRegisterKilled(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI,
209                                 const MRegisterInfo *RegInfo,
210                                 bool AddIfNotFound = false);
211
212   /// addVirtualRegisterKilled - Add information about the fact that the
213   /// specified register is killed after being used by the specified
214   /// instruction. If AddIfNotFound is true, add a implicit operand if it's
215   /// not found.
216   void addVirtualRegisterKilled(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI,
217                                 bool AddIfNotFound = false) {
218     if (addRegisterKilled(IncomingReg, MI, RegInfo, AddIfNotFound))
219       getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(MI); 
220   }
221
222   /// removeVirtualRegisterKilled - Remove the specified virtual
223   /// register from the live variable information. Returns true if the
224   /// variable was marked as killed by the specified instruction,
225   /// false otherwise.
226   bool removeVirtualRegisterKilled(unsigned reg,
227                                    MachineBasicBlock *MBB,
228                                    MachineInstr *MI) {
229     if (!getVarInfo(reg).removeKill(MI))
230       return false;
231
232     bool Removed = false;
233     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
234       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
235       if (MO.isRegister() && MO.isKill() && MO.getReg() == reg) {
236         MO.unsetIsKill();
237         Removed = true;
238         break;
239       }
240     }
241
242     assert(Removed && "Register is not used by this instruction!");
243     return true;
244   }
245
246   /// removeVirtualRegistersKilled - Remove all killed info for the specified
247   /// instruction.
248   void removeVirtualRegistersKilled(MachineInstr *MI);
249   
250   /// addRegisterDead - We have determined MI defined a register without a use.
251   /// Look for the operand that defines it and mark it as IsDead. If
252   /// AddIfNotFound is true, add a implicit operand if it's not found. Returns
253   /// true if the operand exists / is added.
254   static bool addRegisterDead(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI,
255                               const MRegisterInfo *RegInfo,
256                               bool AddIfNotFound = false);
257
258   /// addVirtualRegisterDead - Add information about the fact that the specified
259   /// register is dead after being used by the specified instruction. If
260   /// AddIfNotFound is true, add a implicit operand if it's not found.
261   void addVirtualRegisterDead(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI,
262                               bool AddIfNotFound = false) {
263     if (addRegisterDead(IncomingReg, MI, RegInfo, AddIfNotFound))
264         getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(MI);
265   }
266
267   /// removeVirtualRegisterDead - Remove the specified virtual
268   /// register from the live variable information. Returns true if the
269   /// variable was marked dead at the specified instruction, false
270   /// otherwise.
271   bool removeVirtualRegisterDead(unsigned reg,
272                                  MachineBasicBlock *MBB,
273                                  MachineInstr *MI) {
274     if (!getVarInfo(reg).removeKill(MI))
275       return false;
276
277     bool Removed = false;
278     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
279       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
280       if (MO.isRegister() && MO.isDef() && MO.getReg() == reg) {
281         MO.unsetIsDead();
282         Removed = true;
283         break;
284       }
285     }
286     assert(Removed && "Register is not defined by this instruction!");
287     return true;
288   }
289
290   /// removeVirtualRegistersDead - Remove all of the dead registers for the
291   /// specified instruction from the live variable information.
292   void removeVirtualRegistersDead(MachineInstr *MI);
293   
294   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
295     AU.setPreservesAll();
296   }
297
298   virtual void releaseMemory() {
299     VirtRegInfo.clear();
300   }
301
302   /// getVarInfo - Return the VarInfo structure for the specified VIRTUAL
303   /// register.
304   VarInfo &getVarInfo(unsigned RegIdx);
305
306   void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo &VRInfo, MachineBasicBlock *BB);
307   void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo &VRInfo, MachineBasicBlock *BB,
308                                std::vector<MachineBasicBlock*> &WorkList);
309   void HandleVirtRegUse(VarInfo &VRInfo, MachineBasicBlock *MBB,
310                         MachineInstr *MI);
311 };
312
313 } // End llvm namespace
314
315 #endif