lib/CodeGen/LiveInterval.cpp

   1 //===-- LiveInterval.cpp - Live Interval Representation -------------------===//
   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 range 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 ranges can have holes,
  15 // i.e. a range might look like [1,20), [50,65), [1000,1001).  Each
  16 // individual segment is represented as an instance of LiveRange::Segment,
  17 // and the whole range is represented as an instance of LiveRange.
  18 //
  19 //===----------------------------------------------------------------------===//
  20
  21 #include "llvm/CodeGen/LiveInterval.h"
  22 #include "RegisterCoalescer.h"
  23 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
  24 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  25 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  27 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  28 #include "llvm/Support/Debug.h"
  29 #include "llvm/Support/Format.h"
  30 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  31 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
  32 #include <algorithm>
  33 using namespace llvm;
  34
  35 LiveRange::iterator LiveRange::find(SlotIndex Pos) {
  36   // This algorithm is basically std::upper_bound.
  37   // Unfortunately, std::upper_bound cannot be used with mixed types until we
  38   // adopt C++0x. Many libraries can do it, but not all.
  39   if (empty() || Pos >= endIndex())
  40     return end();
  41   iterator I = begin();
  42   size_t Len = size();
  43   do {
  44     size_t Mid = Len >> 1;
  45     if (Pos < I[Mid].end)
  46       Len = Mid;
  47     else
  48       I += Mid + 1, Len -= Mid + 1;
  49   } while (Len);
  50   return I;
  51 }
  52
  53 VNInfo *LiveRange::createDeadDef(SlotIndex Def,
  54                                   VNInfo::Allocator &VNInfoAllocator) {
  55   assert(!Def.isDead() && "Cannot define a value at the dead slot");
  56   iterator I = find(Def);
  57   if (I == end()) {
  58     VNInfo *VNI = getNextValue(Def, VNInfoAllocator);
  59     segments.push_back(Segment(Def, Def.getDeadSlot(), VNI));
  60     return VNI;
  61   }
  62   if (SlotIndex::isSameInstr(Def, I->start)) {
  63     assert(I->valno->def == I->start && "Inconsistent existing value def");
  64
  65     // It is possible to have both normal and early-clobber defs of the same
  66     // register on an instruction. It doesn't make a lot of sense, but it is
  67     // possible to specify in inline assembly.
  68     //
  69     // Just convert everything to early-clobber.
  70     Def = std::min(Def, I->start);
  71     if (Def != I->start)
  72       I->start = I->valno->def = Def;
  73     return I->valno;
  74   }
  75   assert(SlotIndex::isEarlierInstr(Def, I->start) && "Already live at def");
  76   VNInfo *VNI = getNextValue(Def, VNInfoAllocator);
  77   segments.insert(I, Segment(Def, Def.getDeadSlot(), VNI));
  78   return VNI;
  79 }
  80
  81 // overlaps - Return true if the intersection of the two live ranges is
  82 // not empty.
  83 //
  84 // An example for overlaps():
  85 //
  86 // 0: A = ...
  87 // 4: B = ...
  88 // 8: C = A + B ;; last use of A
  89 //
  90 // The live ranges should look like:
  91 //
  92 // A = [3, 11)
  93 // B = [7, x)
  94 // C = [11, y)
  95 //
  96 // A->overlaps(C) should return false since we want to be able to join
  97 // A and C.
  98 //
  99 bool LiveRange::overlapsFrom(const LiveRange& other,
 100                              const_iterator StartPos) const {
 101   assert(!empty() && "empty range");
 102   const_iterator i = begin();
 103   const_iterator ie = end();
 104   const_iterator j = StartPos;
 105   const_iterator je = other.end();
 106
 107   assert((StartPos->start <= i->start || StartPos == other.begin()) &&
 108          StartPos != other.end() && "Bogus start position hint!");
 109
 110   if (i->start < j->start) {
 111     i = std::upper_bound(i, ie, j->start);
 112     if (i != begin()) --i;
 113   } else if (j->start < i->start) {
 114     ++StartPos;
 115     if (StartPos != other.end() && StartPos->start <= i->start) {
 116       assert(StartPos < other.end() && i < end());
 117       j = std::upper_bound(j, je, i->start);
 118       if (j != other.begin()) --j;
 119     }
 120   } else {
 121     return true;
 122   }
 123
 124   if (j == je) return false;
 125
 126   while (i != ie) {
 127     if (i->start > j->start) {
 128       std::swap(i, j);
 129       std::swap(ie, je);
 130     }
 131
 132     if (i->end > j->start)
 133       return true;
 134     ++i;
 135   }
 136
 137   return false;
 138 }
 139
 140 bool LiveRange::overlaps(const LiveRange &Other, const CoalescerPair &CP,
 141                          const SlotIndexes &Indexes) const {
 142   assert(!empty() && "empty range");
 143   if (Other.empty())
 144     return false;
 145
 146   // Use binary searches to find initial positions.
 147   const_iterator I = find(Other.beginIndex());
 148   const_iterator IE = end();
 149   if (I == IE)
 150     return false;
 151   const_iterator J = Other.find(I->start);
 152   const_iterator JE = Other.end();
 153   if (J == JE)
 154     return false;
 155
 156   for (;;) {
 157     // J has just been advanced to satisfy:
 158     assert(J->end >= I->start);
 159     // Check for an overlap.
 160     if (J->start < I->end) {
 161       // I and J are overlapping. Find the later start.
 162       SlotIndex Def = std::max(I->start, J->start);
 163       // Allow the overlap if Def is a coalescable copy.
 164       if (Def.isBlock() ||
 165           !CP.isCoalescable(Indexes.getInstructionFromIndex(Def)))
 166         return true;
 167     }
 168     // Advance the iterator that ends first to check for more overlaps.
 169     if (J->end > I->end) {
 170       std::swap(I, J);
 171       std::swap(IE, JE);
 172     }
 173     // Advance J until J->end >= I->start.
 174     do
 175       if (++J == JE)
 176         return false;
 177     while (J->end < I->start);
 178   }
 179 }
 180
 181 /// overlaps - Return true if the live range overlaps an interval specified
 182 /// by [Start, End).
 183 bool LiveRange::overlaps(SlotIndex Start, SlotIndex End) const {
 184   assert(Start < End && "Invalid range");
 185   const_iterator I = std::lower_bound(begin(), end(), End);
 186   return I != begin() && (--I)->end > Start;
 187 }
 188
 189 bool LiveRange::covers(const LiveRange &Other) const {
 190   if (empty())
 191     return Other.empty();
 192
 193   const_iterator I = begin();
 194   for (const Segment &O : Other.segments) {
 195     I = advanceTo(I, O.start);
 196     if (I == end() || I->start > O.start)
 197       return false;
 198
 199     // Check adjacent live segments and see if we can get behind O.end.
 200     while (I->end < O.end) {
 201       const_iterator Last = I;
 202       // Get next segment and abort if it was not adjacent.
 203       ++I;
 204       if (I == end() || Last->end != I->start)
 205         return false;
 206     }
 207   }
 208   return true;
 209 }
 210
 211 /// ValNo is dead, remove it.  If it is the largest value number, just nuke it
 212 /// (and any other deleted values neighboring it), otherwise mark it as ~1U so
 213 /// it can be nuked later.
 214 void LiveRange::markValNoForDeletion(VNInfo *ValNo) {
 215   if (ValNo->id == getNumValNums()-1) {
 216     do {
 217       valnos.pop_back();
 218     } while (!valnos.empty() && valnos.back()->isUnused());
 219   } else {
 220     ValNo->markUnused();
 221   }
 222 }
 223
 224 /// RenumberValues - Renumber all values in order of appearance and delete the
 225 /// remaining unused values.
 226 void LiveRange::RenumberValues() {
 227   SmallPtrSet<VNInfo*, 8> Seen;
 228   valnos.clear();
 229   for (const Segment &S : segments) {
 230     VNInfo *VNI = S.valno;
 231     if (!Seen.insert(VNI).second)
 232       continue;
 233     assert(!VNI->isUnused() && "Unused valno used by live segment");
 234     VNI->id = (unsigned)valnos.size();
 235     valnos.push_back(VNI);
 236   }
 237 }
 238
 239 /// This method is used when we want to extend the segment specified by I to end
 240 /// at the specified endpoint.  To do this, we should merge and eliminate all
 241 /// segments that this will overlap with.  The iterator is not invalidated.
 242 void LiveRange::extendSegmentEndTo(iterator I, SlotIndex NewEnd) {
 243   assert(I != end() && "Not a valid segment!");
 244   VNInfo *ValNo = I->valno;
 245
 246   // Search for the first segment that we can't merge with.
 247   iterator MergeTo = std::next(I);
 248   for (; MergeTo != end() && NewEnd >= MergeTo->end; ++MergeTo) {
 249     assert(MergeTo->valno == ValNo && "Cannot merge with differing values!");
 250   }
 251
 252   // If NewEnd was in the middle of a segment, make sure to get its endpoint.
 253   I->end = std::max(NewEnd, std::prev(MergeTo)->end);
 254
 255   // If the newly formed segment now touches the segment after it and if they
 256   // have the same value number, merge the two segments into one segment.
 257   if (MergeTo != end() && MergeTo->start <= I->end &&
 258       MergeTo->valno == ValNo) {
 259     I->end = MergeTo->end;
 260     ++MergeTo;
 261   }
 262
 263   // Erase any dead segments.
 264   segments.erase(std::next(I), MergeTo);
 265 }
 266
 267
 268 /// This method is used when we want to extend the segment specified by I to
 269 /// start at the specified endpoint.  To do this, we should merge and eliminate
 270 /// all segments that this will overlap with.
 271 LiveRange::iterator
 272 LiveRange::extendSegmentStartTo(iterator I, SlotIndex NewStart) {
 273   assert(I != end() && "Not a valid segment!");
 274   VNInfo *ValNo = I->valno;
 275
 276   // Search for the first segment that we can't merge with.
 277   iterator MergeTo = I;
 278   do {
 279     if (MergeTo == begin()) {
 280       I->start = NewStart;
 281       segments.erase(MergeTo, I);
 282       return I;
 283     }
 284     assert(MergeTo->valno == ValNo && "Cannot merge with differing values!");
 285     --MergeTo;
 286   } while (NewStart <= MergeTo->start);
 287
 288   // If we start in the middle of another segment, just delete a range and
 289   // extend that segment.
 290   if (MergeTo->end >= NewStart && MergeTo->valno == ValNo) {
 291     MergeTo->end = I->end;
 292   } else {
 293     // Otherwise, extend the segment right after.
 294     ++MergeTo;
 295     MergeTo->start = NewStart;
 296     MergeTo->end = I->end;
 297   }
 298
 299   segments.erase(std::next(MergeTo), std::next(I));
 300   return MergeTo;
 301 }
 302
 303 void LiveRange::append(const Segment S) {
 304   // Check that the segment belongs to the back of the list.
 305   assert(segments.empty() || segments.back().end <= S.start);
 306   segments.push_back(S);
 307 }
 308
 309 LiveRange::iterator LiveRange::addSegmentFrom(Segment S, iterator From) {
 310   SlotIndex Start = S.start, End = S.end;
 311   iterator it = std::upper_bound(From, end(), Start);
 312
 313   // If the inserted segment starts in the middle or right at the end of
 314   // another segment, just extend that segment to contain the segment of S.
 315   if (it != begin()) {
 316     iterator B = std::prev(it);
 317     if (S.valno == B->valno) {
 318       if (B->start <= Start && B->end >= Start) {
 319         extendSegmentEndTo(B, End);
 320         return B;
 321       }
 322     } else {
 323       // Check to make sure that we are not overlapping two live segments with
 324       // different valno's.
 325       assert(B->end <= Start &&
 326              "Cannot overlap two segments with differing ValID's"
 327              " (did you def the same reg twice in a MachineInstr?)");
 328     }
 329   }
 330
 331   // Otherwise, if this segment ends in the middle of, or right next to, another
 332   // segment, merge it into that segment.
 333   if (it != end()) {
 334     if (S.valno == it->valno) {
 335       if (it->start <= End) {
 336         it = extendSegmentStartTo(it, Start);
 337
 338         // If S is a complete superset of a segment, we may need to grow its
 339         // endpoint as well.
 340         if (End > it->end)
 341           extendSegmentEndTo(it, End);
 342         return it;
 343       }
 344     } else {
 345       // Check to make sure that we are not overlapping two live segments with
 346       // different valno's.
 347       assert(it->start >= End &&
 348              "Cannot overlap two segments with differing ValID's");
 349     }
 350   }
 351
 352   // Otherwise, this is just a new segment that doesn't interact with anything.
 353   // Insert it.
 354   return segments.insert(it, S);
 355 }
 356
 357 /// extendInBlock - If this range is live before Kill in the basic
 358 /// block that starts at StartIdx, extend it to be live up to Kill and return
 359 /// the value. If there is no live range before Kill, return NULL.
 360 VNInfo *LiveRange::extendInBlock(SlotIndex StartIdx, SlotIndex Kill) {
 361   if (empty())
 362     return nullptr;
 363   iterator I = std::upper_bound(begin(), end(), Kill.getPrevSlot());
 364   if (I == begin())
 365     return nullptr;
 366   --I;
 367   if (I->end <= StartIdx)
 368     return nullptr;
 369   if (I->end < Kill)
 370     extendSegmentEndTo(I, Kill);
 371   return I->valno;
 372 }
 373
 374 /// Remove the specified segment from this range.  Note that the segment must
 375 /// be in a single Segment in its entirety.
 376 void LiveRange::removeSegment(SlotIndex Start, SlotIndex End,
 377                               bool RemoveDeadValNo) {
 378   // Find the Segment containing this span.
 379   iterator I = find(Start);
 380   assert(I != end() && "Segment is not in range!");
 381   assert(I->containsInterval(Start, End)
 382          && "Segment is not entirely in range!");
 383
 384   // If the span we are removing is at the start of the Segment, adjust it.
 385   VNInfo *ValNo = I->valno;
 386   if (I->start == Start) {
 387     if (I->end == End) {
 388       if (RemoveDeadValNo) {
 389         // Check if val# is dead.
 390         bool isDead = true;
 391         for (const_iterator II = begin(), EE = end(); II != EE; ++II)
 392           if (II != I && II->valno == ValNo) {
 393             isDead = false;
 394             break;
 395           }
 396         if (isDead) {
 397           // Now that ValNo is dead, remove it.
 398           markValNoForDeletion(ValNo);
 399         }
 400       }
 401
 402       segments.erase(I);  // Removed the whole Segment.
 403     } else
 404       I->start = End;
 405     return;
 406   }
 407
 408   // Otherwise if the span we are removing is at the end of the Segment,
 409   // adjust the other way.
 410   if (I->end == End) {
 411     I->end = Start;
 412     return;
 413   }
 414
 415   // Otherwise, we are splitting the Segment into two pieces.
 416   SlotIndex OldEnd = I->end;
 417   I->end = Start;   // Trim the old segment.
 418
 419   // Insert the new one.
 420   segments.insert(std::next(I), Segment(End, OldEnd, ValNo));
 421 }
 422
 423 /// removeValNo - Remove all the segments defined by the specified value#.
 424 /// Also remove the value# from value# list.
 425 void LiveRange::removeValNo(VNInfo *ValNo) {
 426   if (empty()) return;
 427   iterator I = end();
 428   iterator E = begin();
 429   do {
 430     --I;
 431     if (I->valno == ValNo)
 432       segments.erase(I);
 433   } while (I != E);
 434   // Now that ValNo is dead, remove it.
 435   markValNoForDeletion(ValNo);
 436 }
 437
 438 void LiveRange::join(LiveRange &Other,
 439                      const int *LHSValNoAssignments,
 440                      const int *RHSValNoAssignments,
 441                      SmallVectorImpl<VNInfo *> &NewVNInfo) {
 442   verify();
 443
 444   // Determine if any of our values are mapped.  This is uncommon, so we want
 445   // to avoid the range scan if not.
 446   bool MustMapCurValNos = false;
 447   unsigned NumVals = getNumValNums();
 448   unsigned NumNewVals = NewVNInfo.size();
 449   for (unsigned i = 0; i != NumVals; ++i) {
 450     unsigned LHSValID = LHSValNoAssignments[i];
 451     if (i != LHSValID ||
 452         (NewVNInfo[LHSValID] && NewVNInfo[LHSValID] != getValNumInfo(i))) {
 453       MustMapCurValNos = true;
 454       break;
 455     }
 456   }
 457
 458   // If we have to apply a mapping to our base range assignment, rewrite it now.
 459   if (MustMapCurValNos && !empty()) {
 460     // Map the first live range.
 461
 462     iterator OutIt = begin();
 463     OutIt->valno = NewVNInfo[LHSValNoAssignments[OutIt->valno->id]];
 464     for (iterator I = std::next(OutIt), E = end(); I != E; ++I) {
 465       VNInfo* nextValNo = NewVNInfo[LHSValNoAssignments[I->valno->id]];
 466       assert(nextValNo && "Huh?");
 467
 468       // If this live range has the same value # as its immediate predecessor,
 469       // and if they are neighbors, remove one Segment.  This happens when we
 470       // have [0,4:0)[4,7:1) and map 0/1 onto the same value #.
 471       if (OutIt->valno == nextValNo && OutIt->end == I->start) {
 472         OutIt->end = I->end;
 473       } else {
 474         // Didn't merge. Move OutIt to the next segment,
 475         ++OutIt;
 476         OutIt->valno = nextValNo;
 477         if (OutIt != I) {
 478           OutIt->start = I->start;
 479           OutIt->end = I->end;
 480         }
 481       }
 482     }
 483     // If we merge some segments, chop off the end.
 484     ++OutIt;
 485     segments.erase(OutIt, end());
 486   }
 487
 488   // Rewrite Other values before changing the VNInfo ids.
 489   // This can leave Other in an invalid state because we're not coalescing
 490   // touching segments that now have identical values. That's OK since Other is
 491   // not supposed to be valid after calling join();
 492   for (Segment &S : Other.segments)
 493     S.valno = NewVNInfo[RHSValNoAssignments[S.valno->id]];
 494
 495   // Update val# info. Renumber them and make sure they all belong to this
 496   // LiveRange now. Also remove dead val#'s.
 497   unsigned NumValNos = 0;
 498   for (unsigned i = 0; i < NumNewVals; ++i) {
 499     VNInfo *VNI = NewVNInfo[i];
 500     if (VNI) {
 501       if (NumValNos >= NumVals)
 502         valnos.push_back(VNI);
 503       else
 504         valnos[NumValNos] = VNI;
 505       VNI->id = NumValNos++;  // Renumber val#.
 506     }
 507   }
 508   if (NumNewVals < NumVals)
 509     valnos.resize(NumNewVals);  // shrinkify
 510
 511   // Okay, now insert the RHS live segments into the LHS.
 512   LiveRangeUpdater Updater(this);
 513   for (Segment &S : Other.segments)
 514     Updater.add(S);
 515 }
 516
 517 /// Merge all of the segments in RHS into this live range as the specified
 518 /// value number.  The segments in RHS are allowed to overlap with segments in
 519 /// the current range, but only if the overlapping segments have the
 520 /// specified value number.
 521 void LiveRange::MergeSegmentsInAsValue(const LiveRange &RHS,
 522                                        VNInfo *LHSValNo) {
 523   LiveRangeUpdater Updater(this);
 524   for (const Segment &S : RHS.segments)
 525     Updater.add(S.start, S.end, LHSValNo);
 526 }
 527
 528 /// MergeValueInAsValue - Merge all of the live segments of a specific val#
 529 /// in RHS into this live range as the specified value number.
 530 /// The segments in RHS are allowed to overlap with segments in the
 531 /// current range, it will replace the value numbers of the overlaped
 532 /// segments with the specified value number.
 533 void LiveRange::MergeValueInAsValue(const LiveRange &RHS,
 534                                     const VNInfo *RHSValNo,
 535                                     VNInfo *LHSValNo) {
 536   LiveRangeUpdater Updater(this);
 537   for (const Segment &S : RHS.segments)
 538     if (S.valno == RHSValNo)
 539       Updater.add(S.start, S.end, LHSValNo);
 540 }
 541
 542 /// MergeValueNumberInto - This method is called when two value nubmers
 543 /// are found to be equivalent.  This eliminates V1, replacing all
 544 /// segments with the V1 value number with the V2 value number.  This can
 545 /// cause merging of V1/V2 values numbers and compaction of the value space.
 546 VNInfo *LiveRange::MergeValueNumberInto(VNInfo *V1, VNInfo *V2) {
 547   assert(V1 != V2 && "Identical value#'s are always equivalent!");
 548
 549   // This code actually merges the (numerically) larger value number into the
 550   // smaller value number, which is likely to allow us to compactify the value
 551   // space.  The only thing we have to be careful of is to preserve the
 552   // instruction that defines the result value.
 553
 554   // Make sure V2 is smaller than V1.
 555   if (V1->id < V2->id) {
 556     V1->copyFrom(*V2);
 557     std::swap(V1, V2);
 558   }
 559
 560   // Merge V1 segments into V2.
 561   for (iterator I = begin(); I != end(); ) {
 562     iterator S = I++;
 563     if (S->valno != V1) continue;  // Not a V1 Segment.
 564
 565     // Okay, we found a V1 live range.  If it had a previous, touching, V2 live
 566     // range, extend it.
 567     if (S != begin()) {
 568       iterator Prev = S-1;
 569       if (Prev->valno == V2 && Prev->end == S->start) {
 570         Prev->end = S->end;
 571
 572         // Erase this live-range.
 573         segments.erase(S);
 574         I = Prev+1;
 575         S = Prev;
 576       }
 577     }
 578
 579     // Okay, now we have a V1 or V2 live range that is maximally merged forward.
 580     // Ensure that it is a V2 live-range.
 581     S->valno = V2;
 582
 583     // If we can merge it into later V2 segments, do so now.  We ignore any
 584     // following V1 segments, as they will be merged in subsequent iterations
 585     // of the loop.
 586     if (I != end()) {
 587       if (I->start == S->end && I->valno == V2) {
 588         S->end = I->end;
 589         segments.erase(I);
 590         I = S+1;
 591       }
 592     }
 593   }
 594
 595   // Now that V1 is dead, remove it.
 596   markValNoForDeletion(V1);
 597
 598   return V2;
 599 }
 600
 601 void LiveInterval::removeEmptySubRanges() {
 602   SubRange **NextPtr = &SubRanges;
 603   SubRange *I = *NextPtr;
 604   while (I != nullptr) {
 605     if (!I->empty()) {
 606       NextPtr = &I->Next;
 607       I = *NextPtr;
 608       continue;
 609     }
 610     // Skip empty subranges until we find the first nonempty one.
 611     do {
 612       I = I->Next;
 613     } while (I != nullptr && I->empty());
 614     *NextPtr = I;
 615   }
 616 }
 617
 618 /// Helper function for constructMainRangeFromSubranges(): Search the CFG
 619 /// backwards until we find a place covered by a LiveRange segment that actually
 620 /// has a valno set.
 621 static VNInfo *searchForVNI(const SlotIndexes &Indexes, LiveRange &LR,
 622     const MachineBasicBlock *MBB,
 623     SmallPtrSetImpl<const MachineBasicBlock*> &Visited) {
 624   // We start the search at the end of MBB.
 625   SlotIndex EndIdx = Indexes.getMBBEndIdx(MBB);
 626   // In our use case we can't live the area covered by the live segments without
 627   // finding an actual VNI def.
 628   LiveRange::iterator I = LR.find(EndIdx.getPrevSlot());
 629   assert(I != LR.end());
 630   LiveRange::Segment &S = *I;
 631   if (S.valno != nullptr)
 632     return S.valno;
 633
 634   VNInfo *VNI = nullptr;
 635   // Continue at predecessors (we could even go to idom with domtree available).
 636   for (const MachineBasicBlock *Pred : MBB->predecessors()) {
 637     // Avoid going in circles.
 638     if (Visited.count(Pred))
 639       continue;
 640     Visited.insert(Pred);
 641
 642     VNI = searchForVNI(Indexes, LR, Pred, Visited);
 643     if (VNI != nullptr) {
 644       S.valno = VNI;
 645       break;
 646     }
 647   }
 648
 649   return VNI;
 650 }
 651
 652 void LiveInterval::constructMainRangeFromSubranges(
 653     const SlotIndexes &Indexes, VNInfo::Allocator &VNIAllocator) {
 654   // The basic observations on which this algorithm is based:
 655   // - Each Def/ValNo in a subrange must have a corresponding def on the main
 656   //   range, but not further defs/valnos are necessary.
 657   // - If any of the subranges is live at a point the main liverange has to be
 658   //   live too, conversily if no subrange is live the main range mustn't be
 659   //   live either.
 660   // We do this by scannig through all the subranges simultaneously creating new
 661   // segments in the main range as segments start/ends come up in the subranges.
 662   assert(hasSubRanges());
 663   assert(segments.empty() && valnos.empty() && "expected empty main range");
 664
 665   // Collect subrange, iterator pairs for the walk and determine first and last
 666   // SlotIndex involved.
 667   SmallVector<std::pair<const SubRange*, const_iterator>, 4> SRs;
 668   SlotIndex First;
 669   SlotIndex Last;
 670   for (const SubRange &SR : subranges()) {
 671     if (SR.empty())
 672       continue;
 673     SRs.push_back(std::make_pair(&SR, SR.begin()));
 674     if (!First.isValid() || SR.segments.front().start < First)
 675       First = SR.segments.front().start;
 676     if (!Last.isValid() || SR.segments.back().end > Last)
 677       Last = SR.segments.back().end;
 678   }
 679
 680   errs() << "Compute: " << *this << "\n";
 681
 682   // Walk over all subranges simultaneously.
 683   Segment CurrentSegment;
 684   bool ConstructingSegment = false;
 685   bool NeedVNIFixup = false;
 686   unsigned ActiveMask = 0;
 687   SlotIndex Pos = First;
 688   while (true) {
 689     SlotIndex NextPos = Last;
 690     enum {
 691       NOTHING,
 692       BEGIN_SEGMENT,
 693       END_SEGMENT,
 694     } Event = NOTHING;
 695     unsigned EventMask = 0;
 696     bool IsDef = false;
 697     // Find the next begin or end of a subrange segment. Combine masks if we
 698     // have multiple begins/ends at the same position. Ends take precedence over
 699     // Begins.
 700     for (auto &SRP : SRs) {
 701       const SubRange &SR = *SRP.first;
 702       const_iterator &I = SRP.second;
 703       while (I != SR.end() &&
 704              (I->end < Pos ||
 705               (I->end == Pos && (ActiveMask & SR.LaneMask) == 0)))
 706         ++I;
 707       if (I == SR.end())
 708         continue;
 709       if ((ActiveMask & SR.LaneMask) == 0 &&
 710           Pos <= I->start && I->start <= NextPos) {
 711         // Merge multiple begins at the same position
 712         if (I->start == NextPos && Event == BEGIN_SEGMENT) {
 713           EventMask |= SR.LaneMask;
 714           IsDef |= I->valno->def == I->start;
 715         } else if (I->start < NextPos || Event != END_SEGMENT) {
 716           Event = BEGIN_SEGMENT;
 717           NextPos = I->start;
 718           EventMask = SR.LaneMask;
 719           IsDef = I->valno->def == I->start;
 720         }
 721       }
 722       if ((ActiveMask & SR.LaneMask) != 0 &&
 723           Pos <= I->end && I->end <= NextPos) {
 724         // Merge multiple ends at the same position.
 725         if (I->end == NextPos && Event == END_SEGMENT)
 726           EventMask |= SR.LaneMask;
 727         else {
 728           Event = END_SEGMENT;
 729           NextPos = I->end;
 730           EventMask = SR.LaneMask;
 731         }
 732       }
 733     }
 734
 735 #if 1
 736     errs() << '\t' << (Event == NOTHING ? "nothing "
 737             : Event == BEGIN_SEGMENT ? "begin "
 738             : "end ")
 739            << NextPos << " mask " << ActiveMask << " evmask " << EventMask << " def " << IsDef << "\n";
 740 #endif
 741
 742     // Advance scan position.
 743     Pos = NextPos;
 744     if (Event == BEGIN_SEGMENT) {
 745       if (ConstructingSegment && IsDef) {
 746         // Finish previous segment because we have to start a new one.
 747         CurrentSegment.end = Pos;
 748         append(CurrentSegment);
 749         ConstructingSegment = false;
 750       }
 751
 752       // Start a new segment if necessary.
 753       if (!ConstructingSegment) {
 754         // Determine value number for the segment.
 755         VNInfo *VNI;
 756         if (IsDef) {
 757           VNI = getNextValue(Pos, VNIAllocator);
 758         } else {
 759           // We have to reuse an existing value number, if we are lucky
 760           // then we already passed one of the predecessor blocks and determined
 761           // its value number (with blocks in reverse postorder this would be
 762           // always true but we have no such guarantee).
 763           assert(Pos.isBlock());
 764           const MachineBasicBlock *MBB = Indexes.getMBBFromIndex(Pos);
 765           // See if any of the predecessor blocks has a lower number and a VNI
 766           for (const MachineBasicBlock *Pred : MBB->predecessors()) {
 767             SlotIndex PredEnd = Indexes.getMBBEndIdx(Pred);
 768             VNI = getVNInfoBefore(PredEnd);
 769             if (VNI != nullptr)
 770               break;
 771           }
 772           // Def will come later: We have to do an extra fixup pass.
 773           if (VNI == nullptr)
 774             NeedVNIFixup = true;
 775         }
 776
 777         CurrentSegment.start = Pos;
 778         CurrentSegment.valno = VNI;
 779         ConstructingSegment = true;
 780       }
 781       ActiveMask |= EventMask;
 782     } else if (Event == END_SEGMENT) {
 783       assert(ConstructingSegment);
 784       // Finish segment if no lane is active anymore.
 785       ActiveMask &= ~EventMask;
 786       if (ActiveMask == 0) {
 787         CurrentSegment.end = Pos;
 788         append(CurrentSegment);
 789         ConstructingSegment = false;
 790       }
 791     } else {
 792       // We reached the end of the last subranges and can stop.
 793       assert(Event == NOTHING);
 794       break;
 795     }
 796   }
 797
 798   // We might not be able to assign new valnos for all segments if the basic
 799   // block containing the definition comes after a segment using the valno.
 800   // Do a fixup pass for this uncommon case.
 801   if (NeedVNIFixup) {
 802     SmallPtrSet<const MachineBasicBlock*, 5> Visited;
 803     for (Segment &S : segments) {
 804       if (S.valno != nullptr)
 805         continue;
 806       // This can only happen at the begin of a basic block.
 807       assert(S.start.isBlock());
 808
 809       Visited.clear();
 810       const MachineBasicBlock *MBB = Indexes.getMBBFromIndex(S.start);
 811       for (const MachineBasicBlock *Pred : MBB->predecessors()) {
 812         VNInfo *VNI = searchForVNI(Indexes, *this, Pred, Visited);
 813         if (VNI != nullptr) {
 814           S.valno = VNI;
 815           break;
 816         }
 817       }
 818       assert(S.valno != nullptr);
 819     }
 820   }
 821   assert(ActiveMask == 0 && !ConstructingSegment);
 822   errs() << "Result: " << *this << "\n";
 823   verify();
 824 }
 825
 826 unsigned LiveInterval::getSize() const {
 827   unsigned Sum = 0;
 828   for (const Segment &S : segments)
 829     Sum += S.start.distance(S.end);
 830   return Sum;
 831 }
 832
 833 raw_ostream& llvm::operator<<(raw_ostream& os, const LiveRange::Segment &S) {
 834   return os << '[' << S.start << ',' << S.end << ':' << S.valno->id << ")";
 835 }
 836
 837 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
 838 void LiveRange::Segment::dump() const {
 839   dbgs() << *this << "\n";
 840 }
 841 #endif
 842
 843 void LiveRange::print(raw_ostream &OS) const {
 844   if (empty())
 845     OS << "EMPTY";
 846   else {
 847     for (const Segment &S : segments) {
 848       OS << S;
 849       assert(S.valno == getValNumInfo(S.valno->id) && "Bad VNInfo");
 850     }
 851   }
 852
 853   // Print value number info.
 854   if (getNumValNums()) {
 855     OS << "  ";
 856     unsigned vnum = 0;
 857     for (const_vni_iterator i = vni_begin(), e = vni_end(); i != e;
 858          ++i, ++vnum) {
 859       const VNInfo *vni = *i;
 860       if (vnum) OS << " ";
 861       OS << vnum << "@";
 862       if (vni->isUnused()) {
 863         OS << "x";
 864       } else {
 865         OS << vni->def;
 866         if (vni->isPHIDef())
 867           OS << "-phi";
 868       }
 869     }
 870   }
 871 }
 872
 873 void LiveInterval::print(raw_ostream &OS) const {
 874   OS << PrintReg(reg) << ' ';
 875   super::print(OS);
 876   // Print subranges
 877   for (const SubRange &SR : subranges()) {
 878     OS << format(" L%04X ", SR.LaneMask) << SR;
 879   }
 880 }
 881
 882 #if !defined(NDEBUG) || defined(LLVM_ENABLE_DUMP)
 883 void LiveRange::dump() const {
 884   dbgs() << *this << "\n";
 885 }
 886
 887 void LiveInterval::dump() const {
 888   dbgs() << *this << "\n";
 889 }
 890 #endif
 891
 892 #ifndef NDEBUG
 893 void LiveRange::verify() const {
 894   for (const_iterator I = begin(), E = end(); I != E; ++I) {
 895     assert(I->start.isValid());
 896     assert(I->end.isValid());
 897     assert(I->start < I->end);
 898     assert(I->valno != nullptr);
 899     assert(I->valno->id < valnos.size());
 900     assert(I->valno == valnos[I->valno->id]);
 901     if (std::next(I) != E) {
 902       assert(I->end <= std::next(I)->start);
 903       if (I->end == std::next(I)->start)
 904         assert(I->valno != std::next(I)->valno);
 905     }
 906   }
 907 }
 908
 909 void LiveInterval::verify(const MachineRegisterInfo *MRI) const {
 910   super::verify();
 911
 912   // Make sure SubRanges are fine and LaneMasks are disjunct.
 913   unsigned Mask = 0;
 914   unsigned MaxMask = MRI != nullptr ? MRI->getMaxLaneMaskForVReg(reg) : ~0u;
 915   for (const SubRange &SR : subranges()) {
 916     // Subrange lanemask should be disjunct to any previous subrange masks.
 917     assert((Mask & SR.LaneMask) == 0);
 918     Mask |= SR.LaneMask;
 919
 920     // subrange mask should not contained in maximum lane mask for the vreg.
 921     assert((Mask & ~MaxMask) == 0);
 922
 923     SR.verify();
 924     // Main liverange should cover subrange.
 925     assert(covers(SR));
 926   }
 927 }
 928 #endif
 929
 930
 931 //===----------------------------------------------------------------------===//
 932 //                           LiveRangeUpdater class
 933 //===----------------------------------------------------------------------===//
 934 //
 935 // The LiveRangeUpdater class always maintains these invariants:
 936 //
 937 // - When LastStart is invalid, Spills is empty and the iterators are invalid.
 938 //   This is the initial state, and the state created by flush().
 939 //   In this state, isDirty() returns false.
 940 //
 941 // Otherwise, segments are kept in three separate areas:
 942 //
 943 // 1. [begin; WriteI) at the front of LR.
 944 // 2. [ReadI; end) at the back of LR.
 945 // 3. Spills.
 946 //
 947 // - LR.begin() <= WriteI <= ReadI <= LR.end().
 948 // - Segments in all three areas are fully ordered and coalesced.
 949 // - Segments in area 1 precede and can't coalesce with segments in area 2.
 950 // - Segments in Spills precede and can't coalesce with segments in area 2.
 951 // - No coalescing is possible between segments in Spills and segments in area
 952 //   1, and there are no overlapping segments.
 953 //
 954 // The segments in Spills are not ordered with respect to the segments in area
 955 // 1. They need to be merged.
 956 //
 957 // When they exist, Spills.back().start <= LastStart,
 958 //                 and WriteI[-1].start <= LastStart.
 959
 960 void LiveRangeUpdater::print(raw_ostream &OS) const {
 961   if (!isDirty()) {
 962     if (LR)
 963       OS << "Clean updater: " << *LR << '\n';
 964     else
 965       OS << "Null updater.\n";
 966     return;
 967   }
 968   assert(LR && "Can't have null LR in dirty updater.");
 969   OS << " updater with gap = " << (ReadI - WriteI)
 970      << ", last start = " << LastStart
 971      << ":\n  Area 1:";
 972   for (const auto &S : make_range(LR->begin(), WriteI))
 973     OS << ' ' << S;
 974   OS << "\n  Spills:";
 975   for (unsigned I = 0, E = Spills.size(); I != E; ++I)
 976     OS << ' ' << Spills[I];
 977   OS << "\n  Area 2:";
 978   for (const auto &S : make_range(ReadI, LR->end()))
 979     OS << ' ' << S;
 980   OS << '\n';
 981 }
 982
 983 void LiveRangeUpdater::dump() const
 984 {
 985   print(errs());
 986 }
 987
 988 // Determine if A and B should be coalesced.
 989 static inline bool coalescable(const LiveRange::Segment &A,
 990                                const LiveRange::Segment &B) {
 991   assert(A.start <= B.start && "Unordered live segments.");
 992   if (A.end == B.start)
 993     return A.valno == B.valno;
 994   if (A.end < B.start)
 995     return false;
 996   assert(A.valno == B.valno && "Cannot overlap different values");
 997   return true;
 998 }
 999
1000 void LiveRangeUpdater::add(LiveRange::Segment Seg) {
1001   assert(LR && "Cannot add to a null destination");
1002
1003   // Flush the state if Start moves backwards.
1004   if (!LastStart.isValid() || LastStart > Seg.start) {
1005     if (isDirty())
1006       flush();
1007     // This brings us to an uninitialized state. Reinitialize.
1008     assert(Spills.empty() && "Leftover spilled segments");
1009     WriteI = ReadI = LR->begin();
1010   }
1011
1012   // Remember start for next time.
1013   LastStart = Seg.start;
1014
1015   // Advance ReadI until it ends after Seg.start.
1016   LiveRange::iterator E = LR->end();
1017   if (ReadI != E && ReadI->end <= Seg.start) {
1018     // First try to close the gap between WriteI and ReadI with spills.
1019     if (ReadI != WriteI)
1020       mergeSpills();
1021     // Then advance ReadI.
1022     if (ReadI == WriteI)
1023       ReadI = WriteI = LR->find(Seg.start);
1024     else
1025       while (ReadI != E && ReadI->end <= Seg.start)
1026         *WriteI++ = *ReadI++;
1027   }
1028
1029   assert(ReadI == E || ReadI->end > Seg.start);
1030
1031   // Check if the ReadI segment begins early.
1032   if (ReadI != E && ReadI->start <= Seg.start) {
1033     assert(ReadI->valno == Seg.valno && "Cannot overlap different values");
1034     // Bail if Seg is completely contained in ReadI.
1035     if (ReadI->end >= Seg.end)
1036       return;
1037     // Coalesce into Seg.
1038     Seg.start = ReadI->start;
1039     ++ReadI;
1040   }
1041
1042   // Coalesce as much as possible from ReadI into Seg.
1043   while (ReadI != E && coalescable(Seg, *ReadI)) {
1044     Seg.end = std::max(Seg.end, ReadI->end);
1045     ++ReadI;
1046   }
1047
1048   // Try coalescing Spills.back() into Seg.
1049   if (!Spills.empty() && coalescable(Spills.back(), Seg)) {
1050     Seg.start = Spills.back().start;
1051     Seg.end = std::max(Spills.back().end, Seg.end);
1052     Spills.pop_back();
1053   }
1054
1055   // Try coalescing Seg into WriteI[-1].
1056   if (WriteI != LR->begin() && coalescable(WriteI[-1], Seg)) {
1057     WriteI[-1].end = std::max(WriteI[-1].end, Seg.end);
1058     return;
1059   }
1060
1061   // Seg doesn't coalesce with anything, and needs to be inserted somewhere.
1062   if (WriteI != ReadI) {
1063     *WriteI++ = Seg;
1064     return;
1065   }
1066
1067   // Finally, append to LR or Spills.
1068   if (WriteI == E) {
1069     LR->segments.push_back(Seg);
1070     WriteI = ReadI = LR->end();
1071   } else
1072     Spills.push_back(Seg);
1073 }
1074
1075 // Merge as many spilled segments as possible into the gap between WriteI
1076 // and ReadI. Advance WriteI to reflect the inserted instructions.
1077 void LiveRangeUpdater::mergeSpills() {
1078   // Perform a backwards merge of Spills and [SpillI;WriteI).
1079   size_t GapSize = ReadI - WriteI;
1080   size_t NumMoved = std::min(Spills.size(), GapSize);
1081   LiveRange::iterator Src = WriteI;
1082   LiveRange::iterator Dst = Src + NumMoved;
1083   LiveRange::iterator SpillSrc = Spills.end();
1084   LiveRange::iterator B = LR->begin();
1085
1086   // This is the new WriteI position after merging spills.
1087   WriteI = Dst;
1088
1089   // Now merge Src and Spills backwards.
1090   while (Src != Dst) {
1091     if (Src != B && Src[-1].start > SpillSrc[-1].start)
1092       *--Dst = *--Src;
1093     else
1094       *--Dst = *--SpillSrc;
1095   }
1096   assert(NumMoved == size_t(Spills.end() - SpillSrc));
1097   Spills.erase(SpillSrc, Spills.end());
1098 }
1099
1100 void LiveRangeUpdater::flush() {
1101   if (!isDirty())
1102     return;
1103   // Clear the dirty state.
1104   LastStart = SlotIndex();
1105
1106   assert(LR && "Cannot add to a null destination");
1107
1108   // Nothing to merge?
1109   if (Spills.empty()) {
1110     LR->segments.erase(WriteI, ReadI);
1111     LR->verify();
1112     return;
1113   }
1114
1115   // Resize the WriteI - ReadI gap to match Spills.
1116   size_t GapSize = ReadI - WriteI;
1117   if (GapSize < Spills.size()) {
1118     // The gap is too small. Make some room.
1119     size_t WritePos = WriteI - LR->begin();
1120     LR->segments.insert(ReadI, Spills.size() - GapSize, LiveRange::Segment());
1121     // This also invalidated ReadI, but it is recomputed below.
1122     WriteI = LR->begin() + WritePos;
1123   } else {
1124     // Shrink the gap if necessary.
1125     LR->segments.erase(WriteI + Spills.size(), ReadI);
1126   }
1127   ReadI = WriteI + Spills.size();
1128   mergeSpills();
1129   LR->verify();
1130 }
1131
1132 unsigned ConnectedVNInfoEqClasses::Classify(const LiveInterval *LI) {
1133   // Create initial equivalence classes.
1134   EqClass.clear();
1135   EqClass.grow(LI->getNumValNums());
1136
1137   const VNInfo *used = nullptr, *unused = nullptr;
1138
1139   // Determine connections.
1140   for (const VNInfo *VNI : LI->valnos) {
1141     // Group all unused values into one class.
1142     if (VNI->isUnused()) {
1143       if (unused)
1144         EqClass.join(unused->id, VNI->id);
1145       unused = VNI;
1146       continue;
1147     }
1148     used = VNI;
1149     if (VNI->isPHIDef()) {
1150       const MachineBasicBlock *MBB = LIS.getMBBFromIndex(VNI->def);
1151       assert(MBB && "Phi-def has no defining MBB");
1152       // Connect to values live out of predecessors.
1153       for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator PI = MBB->pred_begin(),
1154            PE = MBB->pred_end(); PI != PE; ++PI)
1155         if (const VNInfo *PVNI = LI->getVNInfoBefore(LIS.getMBBEndIdx(*PI)))
1156           EqClass.join(VNI->id, PVNI->id);
1157     } else {
1158       // Normal value defined by an instruction. Check for two-addr redef.
1159       // FIXME: This could be coincidental. Should we really check for a tied
1160       // operand constraint?
1161       // Note that VNI->def may be a use slot for an early clobber def.
1162       if (const VNInfo *UVNI = LI->getVNInfoBefore(VNI->def))
1163         EqClass.join(VNI->id, UVNI->id);
1164     }
1165   }
1166
1167   // Lump all the unused values in with the last used value.
1168   if (used && unused)
1169     EqClass.join(used->id, unused->id);
1170
1171   EqClass.compress();
1172   return EqClass.getNumClasses();
1173 }
1174
1175 void ConnectedVNInfoEqClasses::Distribute(LiveInterval *LIV[],
1176                                           MachineRegisterInfo &MRI) {
1177   assert(LIV[0] && "LIV[0] must be set");
1178   LiveInterval &LI = *LIV[0];
1179
1180   // Rewrite instructions.
1181   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator RI = MRI.reg_begin(LI.reg),
1182        RE = MRI.reg_end(); RI != RE;) {
1183     MachineOperand &MO = *RI;
1184     MachineInstr *MI = RI->getParent();
1185     ++RI;
1186     // DBG_VALUE instructions don't have slot indexes, so get the index of the
1187     // instruction before them.
1188     // Normally, DBG_VALUE instructions are removed before this function is
1189     // called, but it is not a requirement.
1190     SlotIndex Idx;
1191     if (MI->isDebugValue())
1192       Idx = LIS.getSlotIndexes()->getIndexBefore(MI);
1193     else
1194       Idx = LIS.getInstructionIndex(MI);
1195     LiveQueryResult LRQ = LI.Query(Idx);
1196     const VNInfo *VNI = MO.readsReg() ? LRQ.valueIn() : LRQ.valueDefined();
1197     // In the case of an <undef> use that isn't tied to any def, VNI will be
1198     // NULL. If the use is tied to a def, VNI will be the defined value.
1199     if (!VNI)
1200       continue;
1201     MO.setReg(LIV[getEqClass(VNI)]->reg);
1202   }
1203
1204   // Move runs to new intervals.
1205   LiveInterval::iterator J = LI.begin(), E = LI.end();
1206   while (J != E && EqClass[J->valno->id] == 0)
1207     ++J;
1208   for (LiveInterval::iterator I = J; I != E; ++I) {
1209     if (unsigned eq = EqClass[I->valno->id]) {
1210       assert((LIV[eq]->empty() || LIV[eq]->expiredAt(I->start)) &&
1211              "New intervals should be empty");
1212       LIV[eq]->segments.push_back(*I);
1213     } else
1214       *J++ = *I;
1215   }
1216   // TODO: do not cheat anymore by simply cleaning all subranges
1217   LI.clearSubRanges();
1218   LI.segments.erase(J, E);
1219
1220   // Transfer VNInfos to their new owners and renumber them.
1221   unsigned j = 0, e = LI.getNumValNums();
1222   while (j != e && EqClass[j] == 0)
1223     ++j;
1224   for (unsigned i = j; i != e; ++i) {
1225     VNInfo *VNI = LI.getValNumInfo(i);
1226     if (unsigned eq = EqClass[i]) {
1227       VNI->id = LIV[eq]->getNumValNums();
1228       LIV[eq]->valnos.push_back(VNI);
1229     } else {
1230       VNI->id = j;
1231       LI.valnos[j++] = VNI;
1232     }
1233   }
1234   LI.valnos.resize(j);
1235 }