d02cfa645dcf17c46fe65a4b0bd2c19632a7ea39
[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/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
33 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
34 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
35 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
36 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
37
38 namespace llvm {
39
40 class MachineRegisterInfo;
41 class TargetRegisterInfo;
42
43 class LiveVariables : public MachineFunctionPass {
44 public:
45   static char ID; // Pass identification, replacement for typeid
46   LiveVariables() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
47
48   /// VarInfo - This represents the regions where a virtual register is live in
49   /// the program.  We represent this with three different pieces of
50   /// information: the instruction that uniquely defines the value, the set of
51   /// blocks the instruction is live into and live out of, and the set of 
52   /// non-phi instructions that are the last users of the value.
53   ///
54   /// In the common case where a value is defined and killed in the same block,
55   /// There is one killing instruction, and  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, AliveBlocks is empty (the value is
71   /// not live across any  blocks) and Kills is empty (phi nodes are not
72   /// included). This is sensical because the value must be live to the end of
73   /// the block, but is not live in any successor blocks.
74   struct VarInfo {
75     /// AliveBlocks - Set of blocks of which this value is alive completely
76     /// through.  This is a bit set which uses the basic block number as an
77     /// index.
78     ///
79     BitVector AliveBlocks;
80
81     /// UsedBlocks - Set of blocks of which this value is actually used. This
82     /// is a bit set which uses the basic block number as an index.
83     BitVector UsedBlocks;
84
85     /// NumUses - Number of uses of this register across the entire function.
86     ///
87     unsigned NumUses;
88
89     /// Kills - List of MachineInstruction's which are the last use of this
90     /// virtual register (kill it) in their basic block.
91     ///
92     std::vector<MachineInstr*> Kills;
93
94     VarInfo() : NumUses(0) {}
95
96     /// removeKill - Delete a kill corresponding to the specified
97     /// machine instruction. Returns true if there was a kill
98     /// corresponding to this instruction, false otherwise.
99     bool removeKill(MachineInstr *MI) {
100       std::vector<MachineInstr*>::iterator
101         I = std::find(Kills.begin(), Kills.end(), MI);
102       if (I == Kills.end())
103         return false;
104       Kills.erase(I);
105       return true;
106     }
107     
108     void dump() const;
109   };
110
111 private:
112   /// VirtRegInfo - This list is a mapping from virtual register number to
113   /// variable information.  FirstVirtualRegister is subtracted from the virtual
114   /// register number before indexing into this list.
115   ///
116   std::vector<VarInfo> VirtRegInfo;
117
118   /// ReservedRegisters - This vector keeps track of which registers
119   /// are reserved register which are not allocatable by the target machine.
120   /// We can not track liveness for values that are in this set.
121   ///
122   BitVector ReservedRegisters;
123
124 private:   // Intermediate data structures
125   MachineFunction *MF;
126
127   MachineRegisterInfo* MRI;
128
129   const TargetRegisterInfo *TRI;
130
131   // PhysRegInfo - Keep track of which instruction was the last def of a
132   // physical register. This is a purely local property, because all physical
133   // register references are presumed dead across basic blocks.
134   MachineInstr **PhysRegDef;
135
136   // PhysRegInfo - Keep track of which instruction was the last use 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 **PhysRegUse;
140
141   SmallVector<unsigned, 4> *PHIVarInfo;
142
143   // DistanceMap - Keep track the distance of a MI from the start of the
144   // current basic block.
145   DenseMap<MachineInstr*, unsigned> DistanceMap;
146
147   /// HandlePhysRegKill - Add kills of Reg and its sub-registers to the
148   /// uses. Pay special attention to the sub-register uses which may come below
149   /// the last use of the whole register.
150   bool HandlePhysRegKill(unsigned Reg);
151
152   void HandlePhysRegUse(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
153   void HandlePhysRegDef(unsigned Reg, MachineInstr *MI);
154
155   /// FindLastPartialDef - Return the last partial def of the specified register.
156   /// Also returns the sub-register that's defined.
157   MachineInstr *FindLastPartialDef(unsigned Reg, unsigned &PartDefReg);
158
159   /// hasRegisterUseBelow - Return true if the specified register is used after
160   /// the current instruction and before it's next definition.
161   bool hasRegisterUseBelow(unsigned Reg, MachineBasicBlock::iterator I,
162                            MachineBasicBlock *MBB);
163
164   /// analyzePHINodes - Gather information about the PHI nodes in here. In
165   /// particular, we want to map the variable information of a virtual
166   /// register which is used in a PHI node. We map that to the BB the vreg
167   /// is coming from.
168   void analyzePHINodes(const MachineFunction& Fn);
169 public:
170
171   virtual bool runOnMachineFunction(MachineFunction &MF);
172
173   /// RegisterDefIsDead - Return true if the specified instruction defines the
174   /// specified register, but that definition is dead.
175   bool RegisterDefIsDead(MachineInstr *MI, unsigned Reg) const;
176
177   //===--------------------------------------------------------------------===//
178   //  API to update live variable information
179
180   /// replaceKillInstruction - Update register kill info by replacing a kill
181   /// instruction with a new one.
182   void replaceKillInstruction(unsigned Reg, MachineInstr *OldMI,
183                               MachineInstr *NewMI);
184
185   /// addVirtualRegisterKilled - Add information about the fact that the
186   /// specified register is killed after being used by the specified
187   /// instruction. If AddIfNotFound is true, add a implicit operand if it's
188   /// not found.
189   void addVirtualRegisterKilled(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI,
190                                 bool AddIfNotFound = false) {
191     if (MI->addRegisterKilled(IncomingReg, TRI, AddIfNotFound))
192       getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(MI); 
193   }
194
195   /// removeVirtualRegisterKilled - Remove the specified kill of the virtual
196   /// register from the live variable information. Returns true if the
197   /// variable was marked as killed by the specified instruction,
198   /// false otherwise.
199   bool removeVirtualRegisterKilled(unsigned reg, MachineInstr *MI) {
200     if (!getVarInfo(reg).removeKill(MI))
201       return false;
202
203     bool Removed = false;
204     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
205       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
206       if (MO.isRegister() && MO.isKill() && MO.getReg() == reg) {
207         MO.setIsKill(false);
208         Removed = true;
209         break;
210       }
211     }
212
213     assert(Removed && "Register is not used by this instruction!");
214     return true;
215   }
216
217   /// removeVirtualRegistersKilled - Remove all killed info for the specified
218   /// instruction.
219   void removeVirtualRegistersKilled(MachineInstr *MI);
220
221   /// addVirtualRegisterDead - Add information about the fact that the specified
222   /// register is dead after being used by the specified instruction. If
223   /// AddIfNotFound is true, add a implicit operand if it's not found.
224   void addVirtualRegisterDead(unsigned IncomingReg, MachineInstr *MI,
225                               bool AddIfNotFound = false) {
226     if (MI->addRegisterDead(IncomingReg, TRI, AddIfNotFound))
227       getVarInfo(IncomingReg).Kills.push_back(MI);
228   }
229
230   /// removeVirtualRegisterDead - Remove the specified kill of the virtual
231   /// register from the live variable information. Returns true if the
232   /// variable was marked dead at the specified instruction, false
233   /// otherwise.
234   bool removeVirtualRegisterDead(unsigned reg, MachineInstr *MI) {
235     if (!getVarInfo(reg).removeKill(MI))
236       return false;
237
238     bool Removed = false;
239     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
240       MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
241       if (MO.isRegister() && MO.isDef() && MO.getReg() == reg) {
242         MO.setIsDead(false);
243         Removed = true;
244         break;
245       }
246     }
247     assert(Removed && "Register is not defined by this instruction!");
248     return true;
249   }
250
251   virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
252     AU.setPreservesAll();
253   }
254
255   virtual void releaseMemory() {
256     VirtRegInfo.clear();
257   }
258
259   /// getVarInfo - Return the VarInfo structure for the specified VIRTUAL
260   /// register.
261   VarInfo &getVarInfo(unsigned RegIdx);
262
263   void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo& VRInfo, MachineBasicBlock* DefBlock,
264                                MachineBasicBlock *BB);
265   void MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo& VRInfo, MachineBasicBlock* DefBlock,
266                                MachineBasicBlock *BB,
267                                std::vector<MachineBasicBlock*> &WorkList);
268   void HandleVirtRegUse(unsigned reg, MachineBasicBlock *MBB,
269                         MachineInstr *MI);
270 };
271
272 } // End llvm namespace
273
274 #endif