lib/CodeGen/LiveRangeCalc.cpp

   1 //===---- LiveRangeCalc.cpp - Calculate live ranges -----------------------===//
   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 // Implementation of the LiveRangeCalc class.
  11 //
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #include "LiveRangeCalc.h"
  15 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
  16 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  17
  18 using namespace llvm;
  19
  20 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
  21
  22 void LiveRangeCalc::resetLiveOutMap() {
  23   unsigned NumBlocks = MF->getNumBlockIDs();
  24   Seen.clear();
  25   Seen.resize(NumBlocks);
  26   Map.resize(NumBlocks);
  27 }
  28
  29 void LiveRangeCalc::reset(const MachineFunction *mf,
  30                           SlotIndexes *SI,
  31                           MachineDominatorTree *MDT,
  32                           VNInfo::Allocator *VNIA) {
  33   MF = mf;
  34   MRI = &MF->getRegInfo();
  35   Indexes = SI;
  36   DomTree = MDT;
  37   Alloc = VNIA;
  38   resetLiveOutMap();
  39   LiveIn.clear();
  40 }
  41
  42
  43 static void createDeadDef(SlotIndexes &Indexes, VNInfo::Allocator &Alloc,
  44                           LiveRange &LR, const MachineOperand &MO) {
  45     const MachineInstr *MI = MO.getParent();
  46     SlotIndex DefIdx =
  47         Indexes.getInstructionIndex(MI).getRegSlot(MO.isEarlyClobber());
  48
  49     // Create the def in LR. This may find an existing def.
  50     LR.createDeadDef(DefIdx, Alloc);
  51 }
  52
  53 void LiveRangeCalc::calculate(LiveInterval &LI, bool TrackSubRegs) {
  54   assert(MRI && Indexes && "call reset() first");
  55
  56   // Step 1: Create minimal live segments for every definition of Reg.
  57   // Visit all def operands. If the same instruction has multiple defs of Reg,
  58   // createDeadDef() will deduplicate.
  59   const TargetRegisterInfo &TRI = *MRI->getTargetRegisterInfo();
  60   unsigned Reg = LI.reg;
  61   for (const MachineOperand &MO : MRI->reg_nodbg_operands(Reg)) {
  62     if (!MO.isDef() && !MO.readsReg())
  63       continue;
  64
  65     unsigned SubReg = MO.getSubReg();
  66     if (LI.hasSubRanges() || (SubReg != 0 && TrackSubRegs)) {
  67       LaneBitmask Mask = SubReg != 0 ? TRI.getSubRegIndexLaneMask(SubReg)
  68                                      : MRI->getMaxLaneMaskForVReg(Reg);
  69
  70       // If this is the first time we see a subregister def, initialize
  71       // subranges by creating a copy of the main range.
  72       if (!LI.hasSubRanges() && !LI.empty()) {
  73         LaneBitmask ClassMask = MRI->getMaxLaneMaskForVReg(Reg);
  74         LI.createSubRangeFrom(*Alloc, ClassMask, LI);
  75       }
  76
  77       for (LiveInterval::SubRange &S : LI.subranges()) {
  78         // A Mask for subregs common to the existing subrange and current def.
  79         LaneBitmask Common = S.LaneMask & Mask;
  80         if (Common == 0)
  81           continue;
  82         // A Mask for subregs covered by the subrange but not the current def.
  83         LaneBitmask LRest = S.LaneMask & ~Mask;
  84         LiveInterval::SubRange *CommonRange;
  85         if (LRest != 0) {
  86           // Split current subrange into Common and LRest ranges.
  87           S.LaneMask = LRest;
  88           CommonRange = LI.createSubRangeFrom(*Alloc, Common, S);
  89         } else {
  90           assert(Common == S.LaneMask);
  91           CommonRange = &S;
  92         }
  93         if (MO.isDef())
  94           createDeadDef(*Indexes, *Alloc, *CommonRange, MO);
  95         Mask &= ~Common;
  96       }
  97       // Create a new SubRange for subregs we did not cover yet.
  98       if (Mask != 0) {
  99         LiveInterval::SubRange *NewRange = LI.createSubRange(*Alloc, Mask);
 100         if (MO.isDef())
 101           createDeadDef(*Indexes, *Alloc, *NewRange, MO);
 102       }
 103     }
 104
 105     // Create the def in the main liverange. We do not have to do this if
 106     // subranges are tracked as we recreate the main range later in this case.
 107     if (MO.isDef() && !LI.hasSubRanges())
 108       createDeadDef(*Indexes, *Alloc, LI, MO);
 109   }
 110
 111   // We may have created empty live ranges for partially undefined uses, we
 112   // can't keep them because we won't find defs in them later.
 113   LI.removeEmptySubRanges();
 114
 115   // Step 2: Extend live segments to all uses, constructing SSA form as
 116   // necessary.
 117   if (LI.hasSubRanges()) {
 118     for (LiveInterval::SubRange &S : LI.subranges()) {
 119       resetLiveOutMap();
 120       extendToUses(S, Reg, S.LaneMask);
 121     }
 122     LI.clear();
 123     LI.constructMainRangeFromSubranges(*Indexes, *Alloc);
 124   } else {
 125     resetLiveOutMap();
 126     extendToUses(LI, Reg, ~0u);
 127   }
 128 }
 129
 130
 131 void LiveRangeCalc::createDeadDefs(LiveRange &LR, unsigned Reg) {
 132   assert(MRI && Indexes && "call reset() first");
 133
 134   // Visit all def operands. If the same instruction has multiple defs of Reg,
 135   // LR.createDeadDef() will deduplicate.
 136   for (MachineOperand &MO : MRI->def_operands(Reg))
 137     createDeadDef(*Indexes, *Alloc, LR, MO);
 138 }
 139
 140
 141 void LiveRangeCalc::extendToUses(LiveRange &LR, unsigned Reg,
 142                                  LaneBitmask Mask) {
 143   // Visit all operands that read Reg. This may include partial defs.
 144   const TargetRegisterInfo &TRI = *MRI->getTargetRegisterInfo();
 145   for (MachineOperand &MO : MRI->reg_nodbg_operands(Reg)) {
 146     // Clear all kill flags. They will be reinserted after register allocation
 147     // by LiveIntervalAnalysis::addKillFlags().
 148     if (MO.isUse())
 149       MO.setIsKill(false);
 150     else {
 151       // We only care about uses, but on the main range (mask ~0u) this includes
 152       // the "virtual" reads happening for subregister defs.
 153       if (Mask != ~0u)
 154         continue;
 155     }
 156
 157     if (!MO.readsReg())
 158       continue;
 159     unsigned SubReg = MO.getSubReg();
 160     if (SubReg != 0) {
 161       LaneBitmask SubRegMask = TRI.getSubRegIndexLaneMask(SubReg);
 162       // Ignore uses not covering the current subrange.
 163       if ((SubRegMask & Mask) == 0)
 164         continue;
 165     }
 166
 167     // Determine the actual place of the use.
 168     const MachineInstr *MI = MO.getParent();
 169     unsigned OpNo = (&MO - &MI->getOperand(0));
 170     SlotIndex UseIdx;
 171     if (MI->isPHI()) {
 172       assert(!MO.isDef() && "Cannot handle PHI def of partial register.");
 173       // The actual place where a phi operand is used is the end of the pred
 174       // MBB. PHI operands are paired: (Reg, PredMBB).
 175       UseIdx = Indexes->getMBBEndIdx(MI->getOperand(OpNo+1).getMBB());
 176     } else {
 177       // Check for early-clobber redefs.
 178       bool isEarlyClobber = false;
 179       unsigned DefIdx;
 180       if (MO.isDef())
 181         isEarlyClobber = MO.isEarlyClobber();
 182       else if (MI->isRegTiedToDefOperand(OpNo, &DefIdx)) {
 183         // FIXME: This would be a lot easier if tied early-clobber uses also
 184         // had an early-clobber flag.
 185         isEarlyClobber = MI->getOperand(DefIdx).isEarlyClobber();
 186       }
 187       UseIdx = Indexes->getInstructionIndex(MI).getRegSlot(isEarlyClobber);
 188     }
 189
 190     // MI is reading Reg. We may have visited MI before if it happens to be
 191     // reading Reg multiple times. That is OK, extend() is idempotent.
 192     extend(LR, UseIdx, Reg);
 193   }
 194 }
 195
 196
 197 void LiveRangeCalc::updateFromLiveIns() {
 198   LiveRangeUpdater Updater;
 199   for (const LiveInBlock &I : LiveIn) {
 200     if (!I.DomNode)
 201       continue;
 202     MachineBasicBlock *MBB = I.DomNode->getBlock();
 203     assert(I.Value && "No live-in value found");
 204     SlotIndex Start, End;
 205     std::tie(Start, End) = Indexes->getMBBRange(MBB);
 206
 207     if (I.Kill.isValid())
 208       // Value is killed inside this block.
 209       End = I.Kill;
 210     else {
 211       // The value is live-through, update LiveOut as well.
 212       // Defer the Domtree lookup until it is needed.
 213       assert(Seen.test(MBB->getNumber()));
 214       Map[MBB] = LiveOutPair(I.Value, nullptr);
 215     }
 216     Updater.setDest(&I.LR);
 217     Updater.add(Start, End, I.Value);
 218   }
 219   LiveIn.clear();
 220 }
 221
 222
 223 void LiveRangeCalc::extend(LiveRange &LR, SlotIndex Use, unsigned PhysReg) {
 224   assert(Use.isValid() && "Invalid SlotIndex");
 225   assert(Indexes && "Missing SlotIndexes");
 226   assert(DomTree && "Missing dominator tree");
 227
 228   MachineBasicBlock *UseMBB = Indexes->getMBBFromIndex(Use.getPrevSlot());
 229   assert(UseMBB && "No MBB at Use");
 230
 231   // Is there a def in the same MBB we can extend?
 232   if (LR.extendInBlock(Indexes->getMBBStartIdx(UseMBB), Use))
 233     return;
 234
 235   // Find the single reaching def, or determine if Use is jointly dominated by
 236   // multiple values, and we may need to create even more phi-defs to preserve
 237   // VNInfo SSA form.  Perform a search for all predecessor blocks where we
 238   // know the dominating VNInfo.
 239   if (findReachingDefs(LR, *UseMBB, Use, PhysReg))
 240     return;
 241
 242   // When there were multiple different values, we may need new PHIs.
 243   calculateValues();
 244 }
 245
 246
 247 // This function is called by a client after using the low-level API to add
 248 // live-out and live-in blocks.  The unique value optimization is not
 249 // available, SplitEditor::transferValues handles that case directly anyway.
 250 void LiveRangeCalc::calculateValues() {
 251   assert(Indexes && "Missing SlotIndexes");
 252   assert(DomTree && "Missing dominator tree");
 253   updateSSA();
 254   updateFromLiveIns();
 255 }
 256
 257
 258 bool LiveRangeCalc::findReachingDefs(LiveRange &LR, MachineBasicBlock &UseMBB,
 259                                      SlotIndex Use, unsigned PhysReg) {
 260   unsigned UseMBBNum = UseMBB.getNumber();
 261
 262   // Block numbers where LR should be live-in.
 263   SmallVector<unsigned, 16> WorkList(1, UseMBBNum);
 264
 265   // Remember if we have seen more than one value.
 266   bool UniqueVNI = true;
 267   VNInfo *TheVNI = nullptr;
 268
 269   // Using Seen as a visited set, perform a BFS for all reaching defs.
 270   for (unsigned i = 0; i != WorkList.size(); ++i) {
 271     MachineBasicBlock *MBB = MF->getBlockNumbered(WorkList[i]);
 272
 273 #ifndef NDEBUG
 274     if (MBB->pred_empty()) {
 275       MBB->getParent()->verify();
 276       errs() << "Use of " << PrintReg(PhysReg)
 277              << " does not have a corresponding definition on every path:\n";
 278       const MachineInstr *MI = Indexes->getInstructionFromIndex(Use);
 279       if (MI != nullptr)
 280         errs() << Use << " " << *MI;
 281       llvm_unreachable("Use not jointly dominated by defs.");
 282     }
 283
 284     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(PhysReg) &&
 285         !MBB->isLiveIn(PhysReg)) {
 286       MBB->getParent()->verify();
 287       errs() << "The register " << PrintReg(PhysReg)
 288              << " needs to be live in to BB#" << MBB->getNumber()
 289              << ", but is missing from the live-in list.\n";
 290       llvm_unreachable("Invalid global physical register");
 291     }
 292 #endif
 293
 294     for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = MBB->pred_begin(),
 295          PE = MBB->pred_end(); PI != PE; ++PI) {
 296        MachineBasicBlock *Pred = *PI;
 297
 298        // Is this a known live-out block?
 299        if (Seen.test(Pred->getNumber())) {
 300          if (VNInfo *VNI = Map[Pred].first) {
 301            if (TheVNI && TheVNI != VNI)
 302              UniqueVNI = false;
 303            TheVNI = VNI;
 304          }
 305          continue;
 306        }
 307
 308        SlotIndex Start, End;
 309        std::tie(Start, End) = Indexes->getMBBRange(Pred);
 310
 311        // First time we see Pred.  Try to determine the live-out value, but set
 312        // it as null if Pred is live-through with an unknown value.
 313        VNInfo *VNI = LR.extendInBlock(Start, End);
 314        setLiveOutValue(Pred, VNI);
 315        if (VNI) {
 316          if (TheVNI && TheVNI != VNI)
 317            UniqueVNI = false;
 318          TheVNI = VNI;
 319          continue;
 320        }
 321
 322        // No, we need a live-in value for Pred as well
 323        if (Pred != &UseMBB)
 324           WorkList.push_back(Pred->getNumber());
 325        else
 326           // Loopback to UseMBB, so value is really live through.
 327          Use = SlotIndex();
 328     }
 329   }
 330
 331   LiveIn.clear();
 332
 333   // Both updateSSA() and LiveRangeUpdater benefit from ordered blocks, but
 334   // neither require it. Skip the sorting overhead for small updates.
 335   if (WorkList.size() > 4)
 336     array_pod_sort(WorkList.begin(), WorkList.end());
 337
 338   // If a unique reaching def was found, blit in the live ranges immediately.
 339   if (UniqueVNI) {
 340     LiveRangeUpdater Updater(&LR);
 341     for (SmallVectorImpl<unsigned>::const_iterator I = WorkList.begin(),
 342          E = WorkList.end(); I != E; ++I) {
 343        SlotIndex Start, End;
 344        std::tie(Start, End) = Indexes->getMBBRange(*I);
 345        // Trim the live range in UseMBB.
 346        if (*I == UseMBBNum && Use.isValid())
 347          End = Use;
 348        else
 349          Map[MF->getBlockNumbered(*I)] = LiveOutPair(TheVNI, nullptr);
 350        Updater.add(Start, End, TheVNI);
 351     }
 352     return true;
 353   }
 354
 355   // Multiple values were found, so transfer the work list to the LiveIn array
 356   // where UpdateSSA will use it as a work list.
 357   LiveIn.reserve(WorkList.size());
 358   for (SmallVectorImpl<unsigned>::const_iterator
 359        I = WorkList.begin(), E = WorkList.end(); I != E; ++I) {
 360     MachineBasicBlock *MBB = MF->getBlockNumbered(*I);
 361     addLiveInBlock(LR, DomTree->getNode(MBB));
 362     if (MBB == &UseMBB)
 363       LiveIn.back().Kill = Use;
 364   }
 365
 366   return false;
 367 }
 368
 369
 370 // This is essentially the same iterative algorithm that SSAUpdater uses,
 371 // except we already have a dominator tree, so we don't have to recompute it.
 372 void LiveRangeCalc::updateSSA() {
 373   assert(Indexes && "Missing SlotIndexes");
 374   assert(DomTree && "Missing dominator tree");
 375
 376   // Interate until convergence.
 377   unsigned Changes;
 378   do {
 379     Changes = 0;
 380     // Propagate live-out values down the dominator tree, inserting phi-defs
 381     // when necessary.
 382     for (LiveInBlock &I : LiveIn) {
 383       MachineDomTreeNode *Node = I.DomNode;
 384       // Skip block if the live-in value has already been determined.
 385       if (!Node)
 386         continue;
 387       MachineBasicBlock *MBB = Node->getBlock();
 388       MachineDomTreeNode *IDom = Node->getIDom();
 389       LiveOutPair IDomValue;
 390
 391       // We need a live-in value to a block with no immediate dominator?
 392       // This is probably an unreachable block that has survived somehow.
 393       bool needPHI = !IDom || !Seen.test(IDom->getBlock()->getNumber());
 394
 395       // IDom dominates all of our predecessors, but it may not be their
 396       // immediate dominator. Check if any of them have live-out values that are
 397       // properly dominated by IDom. If so, we need a phi-def here.
 398       if (!needPHI) {
 399         IDomValue = Map[IDom->getBlock()];
 400
 401         // Cache the DomTree node that defined the value.
 402         if (IDomValue.first && !IDomValue.second)
 403           Map[IDom->getBlock()].second = IDomValue.second =
 404             DomTree->getNode(Indexes->getMBBFromIndex(IDomValue.first->def));
 405
 406         for (MachineBasicBlock::pred_iterator PI = MBB->pred_begin(),
 407                PE = MBB->pred_end(); PI != PE; ++PI) {
 408           LiveOutPair &Value = Map[*PI];
 409           if (!Value.first || Value.first == IDomValue.first)
 410             continue;
 411
 412           // Cache the DomTree node that defined the value.
 413           if (!Value.second)
 414             Value.second =
 415               DomTree->getNode(Indexes->getMBBFromIndex(Value.first->def));
 416
 417           // This predecessor is carrying something other than IDomValue.
 418           // It could be because IDomValue hasn't propagated yet, or it could be
 419           // because MBB is in the dominance frontier of that value.
 420           if (DomTree->dominates(IDom, Value.second)) {
 421             needPHI = true;
 422             break;
 423           }
 424         }
 425       }
 426
 427       // The value may be live-through even if Kill is set, as can happen when
 428       // we are called from extendRange. In that case LiveOutSeen is true, and
 429       // LiveOut indicates a foreign or missing value.
 430       LiveOutPair &LOP = Map[MBB];
 431
 432       // Create a phi-def if required.
 433       if (needPHI) {
 434         ++Changes;
 435         assert(Alloc && "Need VNInfo allocator to create PHI-defs");
 436         SlotIndex Start, End;
 437         std::tie(Start, End) = Indexes->getMBBRange(MBB);
 438         LiveRange &LR = I.LR;
 439         VNInfo *VNI = LR.getNextValue(Start, *Alloc);
 440         I.Value = VNI;
 441         // This block is done, we know the final value.
 442         I.DomNode = nullptr;
 443
 444         // Add liveness since updateFromLiveIns now skips this node.
 445         if (I.Kill.isValid())
 446           LR.addSegment(LiveInterval::Segment(Start, I.Kill, VNI));
 447         else {
 448           LR.addSegment(LiveInterval::Segment(Start, End, VNI));
 449           LOP = LiveOutPair(VNI, Node);
 450         }
 451       } else if (IDomValue.first) {
 452         // No phi-def here. Remember incoming value.
 453         I.Value = IDomValue.first;
 454
 455         // If the IDomValue is killed in the block, don't propagate through.
 456         if (I.Kill.isValid())
 457           continue;
 458
 459         // Propagate IDomValue if it isn't killed:
 460         // MBB is live-out and doesn't define its own value.
 461         if (LOP.first == IDomValue.first)
 462           continue;
 463         ++Changes;
 464         LOP = IDomValue;
 465       }
 466     }
 467   } while (Changes);
 468 }