lib/CodeGen/LiveRangeEdit.cpp

   1 //===-- LiveRangeEdit.cpp - Basic tools for editing a register live range -===//
   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 // The LiveRangeEdit class represents changes done to a virtual register when it
  11 // is spilled or split.
  12 //===----------------------------------------------------------------------===//
  13
  14 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
  15 #include "llvm/CodeGen/LiveRangeEdit.h"
  16 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  17 #include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/VirtRegMap.h"
  21 #include "llvm/Support/Debug.h"
  22 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  24
  25 using namespace llvm;
  26
  27 STATISTIC(NumDCEDeleted,     "Number of instructions deleted by DCE");
  28 STATISTIC(NumDCEFoldedLoads, "Number of single use loads folded after DCE");
  29 STATISTIC(NumFracRanges,     "Number of live ranges fractured by DCE");
  30
  31 void LiveRangeEdit::Delegate::anchor() { }
  32
  33 LiveInterval &LiveRangeEdit::createEmptyIntervalFrom(unsigned OldReg) {
  34   unsigned VReg = MRI.createVirtualRegister(MRI.getRegClass(OldReg));
  35   if (VRM) {
  36     VRM->setIsSplitFromReg(VReg, VRM->getOriginal(OldReg));
  37   }
  38   LiveInterval &LI = LIS.createEmptyInterval(VReg);
  39   return LI;
  40 }
  41
  42 unsigned LiveRangeEdit::createFrom(unsigned OldReg) {
  43   unsigned VReg = MRI.createVirtualRegister(MRI.getRegClass(OldReg));
  44   if (VRM) {
  45     VRM->setIsSplitFromReg(VReg, VRM->getOriginal(OldReg));
  46   }
  47   return VReg;
  48 }
  49
  50 bool LiveRangeEdit::checkRematerializable(VNInfo *VNI,
  51                                           const MachineInstr *DefMI,
  52                                           AliasAnalysis *aa) {
  53   assert(DefMI && "Missing instruction");
  54   ScannedRemattable = true;
  55   if (!TII.isTriviallyReMaterializable(DefMI, aa))
  56     return false;
  57   Remattable.insert(VNI);
  58   return true;
  59 }
  60
  61 void LiveRangeEdit::scanRemattable(AliasAnalysis *aa) {
  62   for (LiveInterval::vni_iterator I = getParent().vni_begin(),
  63        E = getParent().vni_end(); I != E; ++I) {
  64     VNInfo *VNI = *I;
  65     if (VNI->isUnused())
  66       continue;
  67     MachineInstr *DefMI = LIS.getInstructionFromIndex(VNI->def);
  68     if (!DefMI)
  69       continue;
  70     checkRematerializable(VNI, DefMI, aa);
  71   }
  72   ScannedRemattable = true;
  73 }
  74
  75 bool LiveRangeEdit::anyRematerializable(AliasAnalysis *aa) {
  76   if (!ScannedRemattable)
  77     scanRemattable(aa);
  78   return !Remattable.empty();
  79 }
  80
  81 /// allUsesAvailableAt - Return true if all registers used by OrigMI at
  82 /// OrigIdx are also available with the same value at UseIdx.
  83 bool LiveRangeEdit::allUsesAvailableAt(const MachineInstr *OrigMI,
  84                                        SlotIndex OrigIdx,
  85                                        SlotIndex UseIdx) const {
  86   OrigIdx = OrigIdx.getRegSlot(true);
  87   UseIdx = UseIdx.getRegSlot(true);
  88   for (unsigned i = 0, e = OrigMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
  89     const MachineOperand &MO = OrigMI->getOperand(i);
  90     if (!MO.isReg() || !MO.getReg() || !MO.readsReg())
  91       continue;
  92
  93     // We can't remat physreg uses, unless it is a constant.
  94     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg())) {
  95       if (MRI.isConstantPhysReg(MO.getReg(), *OrigMI->getParent()->getParent()))
  96         continue;
  97       return false;
  98     }
  99
 100     LiveInterval &li = LIS.getInterval(MO.getReg());
 101     const VNInfo *OVNI = li.getVNInfoAt(OrigIdx);
 102     if (!OVNI)
 103       continue;
 104
 105     // Don't allow rematerialization immediately after the original def.
 106     // It would be incorrect if OrigMI redefines the register.
 107     // See PR14098.
 108     if (SlotIndex::isSameInstr(OrigIdx, UseIdx))
 109       return false;
 110
 111     if (OVNI != li.getVNInfoAt(UseIdx))
 112       return false;
 113   }
 114   return true;
 115 }
 116
 117 bool LiveRangeEdit::canRematerializeAt(Remat &RM,
 118                                        SlotIndex UseIdx,
 119                                        bool cheapAsAMove) {
 120   assert(ScannedRemattable && "Call anyRematerializable first");
 121
 122   // Use scanRemattable info.
 123   if (!Remattable.count(RM.ParentVNI))
 124     return false;
 125
 126   // No defining instruction provided.
 127   SlotIndex DefIdx;
 128   if (RM.OrigMI)
 129     DefIdx = LIS.getInstructionIndex(RM.OrigMI);
 130   else {
 131     DefIdx = RM.ParentVNI->def;
 132     RM.OrigMI = LIS.getInstructionFromIndex(DefIdx);
 133     assert(RM.OrigMI && "No defining instruction for remattable value");
 134   }
 135
 136   // If only cheap remats were requested, bail out early.
 137   if (cheapAsAMove && !RM.OrigMI->isAsCheapAsAMove())
 138     return false;
 139
 140   // Verify that all used registers are available with the same values.
 141   if (!allUsesAvailableAt(RM.OrigMI, DefIdx, UseIdx))
 142     return false;
 143
 144   return true;
 145 }
 146
 147 SlotIndex LiveRangeEdit::rematerializeAt(MachineBasicBlock &MBB,
 148                                          MachineBasicBlock::iterator MI,
 149                                          unsigned DestReg,
 150                                          const Remat &RM,
 151                                          const TargetRegisterInfo &tri,
 152                                          bool Late) {
 153   assert(RM.OrigMI && "Invalid remat");
 154   TII.reMaterialize(MBB, MI, DestReg, 0, RM.OrigMI, tri);
 155   Rematted.insert(RM.ParentVNI);
 156   return LIS.getSlotIndexes()->insertMachineInstrInMaps(--MI, Late)
 157            .getRegSlot();
 158 }
 159
 160 void LiveRangeEdit::eraseVirtReg(unsigned Reg) {
 161   if (TheDelegate && TheDelegate->LRE_CanEraseVirtReg(Reg))
 162     LIS.removeInterval(Reg);
 163 }
 164
 165 bool LiveRangeEdit::foldAsLoad(LiveInterval *LI,
 166                                SmallVectorImpl<MachineInstr*> &Dead) {
 167   MachineInstr *DefMI = 0, *UseMI = 0;
 168
 169   // Check that there is a single def and a single use.
 170   for (MachineOperand &MO : MRI.reg_nodbg_operands(LI->reg)) {
 171     MachineInstr *MI = MO.getParent();
 172     if (MO.isDef()) {
 173       if (DefMI && DefMI != MI)
 174         return false;
 175       if (!MI->canFoldAsLoad())
 176         return false;
 177       DefMI = MI;
 178     } else if (!MO.isUndef()) {
 179       if (UseMI && UseMI != MI)
 180         return false;
 181       // FIXME: Targets don't know how to fold subreg uses.
 182       if (MO.getSubReg())
 183         return false;
 184       UseMI = MI;
 185     }
 186   }
 187   if (!DefMI || !UseMI)
 188     return false;
 189
 190   // Since we're moving the DefMI load, make sure we're not extending any live
 191   // ranges.
 192   if (!allUsesAvailableAt(DefMI,
 193                           LIS.getInstructionIndex(DefMI),
 194                           LIS.getInstructionIndex(UseMI)))
 195     return false;
 196
 197   // We also need to make sure it is safe to move the load.
 198   // Assume there are stores between DefMI and UseMI.
 199   bool SawStore = true;
 200   if (!DefMI->isSafeToMove(&TII, 0, SawStore))
 201     return false;
 202
 203   DEBUG(dbgs() << "Try to fold single def: " << *DefMI
 204                << "       into single use: " << *UseMI);
 205
 206   SmallVector<unsigned, 8> Ops;
 207   if (UseMI->readsWritesVirtualRegister(LI->reg, &Ops).second)
 208     return false;
 209
 210   MachineInstr *FoldMI = TII.foldMemoryOperand(UseMI, Ops, DefMI);
 211   if (!FoldMI)
 212     return false;
 213   DEBUG(dbgs() << "                folded: " << *FoldMI);
 214   LIS.ReplaceMachineInstrInMaps(UseMI, FoldMI);
 215   UseMI->eraseFromParent();
 216   DefMI->addRegisterDead(LI->reg, 0);
 217   Dead.push_back(DefMI);
 218   ++NumDCEFoldedLoads;
 219   return true;
 220 }
 221
 222 /// Find all live intervals that need to shrink, then remove the instruction.
 223 void LiveRangeEdit::eliminateDeadDef(MachineInstr *MI, ToShrinkSet &ToShrink) {
 224   assert(MI->allDefsAreDead() && "Def isn't really dead");
 225   SlotIndex Idx = LIS.getInstructionIndex(MI).getRegSlot();
 226
 227   // Never delete a bundled instruction.
 228   if (MI->isBundled()) {
 229     return;
 230   }
 231   // Never delete inline asm.
 232   if (MI->isInlineAsm()) {
 233     DEBUG(dbgs() << "Won't delete: " << Idx << '\t' << *MI);
 234     return;
 235   }
 236
 237   // Use the same criteria as DeadMachineInstructionElim.
 238   bool SawStore = false;
 239   if (!MI->isSafeToMove(&TII, 0, SawStore)) {
 240     DEBUG(dbgs() << "Can't delete: " << Idx << '\t' << *MI);
 241     return;
 242   }
 243
 244   DEBUG(dbgs() << "Deleting dead def " << Idx << '\t' << *MI);
 245
 246   // Collect virtual registers to be erased after MI is gone.
 247   SmallVector<unsigned, 8> RegsToErase;
 248   bool ReadsPhysRegs = false;
 249
 250   // Check for live intervals that may shrink
 251   for (MachineInstr::mop_iterator MOI = MI->operands_begin(),
 252          MOE = MI->operands_end(); MOI != MOE; ++MOI) {
 253     if (!MOI->isReg())
 254       continue;
 255     unsigned Reg = MOI->getReg();
 256     if (!TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg)) {
 257       // Check if MI reads any unreserved physregs.
 258       if (Reg && MOI->readsReg() && !MRI.isReserved(Reg))
 259         ReadsPhysRegs = true;
 260       else if (MOI->isDef()) {
 261         for (MCRegUnitIterator Units(Reg, MRI.getTargetRegisterInfo());
 262              Units.isValid(); ++Units) {
 263           if (LiveRange *LR = LIS.getCachedRegUnit(*Units)) {
 264             if (VNInfo *VNI = LR->getVNInfoAt(Idx))
 265               LR->removeValNo(VNI);
 266           }
 267         }
 268       }
 269       continue;
 270     }
 271     LiveInterval &LI = LIS.getInterval(Reg);
 272
 273     // Shrink read registers, unless it is likely to be expensive and
 274     // unlikely to change anything. We typically don't want to shrink the
 275     // PIC base register that has lots of uses everywhere.
 276     // Always shrink COPY uses that probably come from live range splitting.
 277     if (MI->readsVirtualRegister(Reg) &&
 278         (MI->isCopy() || MOI->isDef() || MRI.hasOneNonDBGUse(Reg) ||
 279          LI.Query(Idx).isKill()))
 280       ToShrink.insert(&LI);
 281
 282     // Remove defined value.
 283     if (MOI->isDef()) {
 284       if (VNInfo *VNI = LI.getVNInfoAt(Idx)) {
 285         if (TheDelegate)
 286           TheDelegate->LRE_WillShrinkVirtReg(LI.reg);
 287         LI.removeValNo(VNI);
 288         if (LI.empty())
 289           RegsToErase.push_back(Reg);
 290       }
 291     }
 292   }
 293
 294   // Currently, we don't support DCE of physreg live ranges. If MI reads
 295   // any unreserved physregs, don't erase the instruction, but turn it into
 296   // a KILL instead. This way, the physreg live ranges don't end up
 297   // dangling.
 298   // FIXME: It would be better to have something like shrinkToUses() for
 299   // physregs. That could potentially enable more DCE and it would free up
 300   // the physreg. It would not happen often, though.
 301   if (ReadsPhysRegs) {
 302     MI->setDesc(TII.get(TargetOpcode::KILL));
 303     // Remove all operands that aren't physregs.
 304     for (unsigned i = MI->getNumOperands(); i; --i) {
 305       const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i-1);
 306       if (MO.isReg() && TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg()))
 307         continue;
 308       MI->RemoveOperand(i-1);
 309     }
 310     DEBUG(dbgs() << "Converted physregs to:\t" << *MI);
 311   } else {
 312     if (TheDelegate)
 313       TheDelegate->LRE_WillEraseInstruction(MI);
 314     LIS.RemoveMachineInstrFromMaps(MI);
 315     MI->eraseFromParent();
 316     ++NumDCEDeleted;
 317   }
 318
 319   // Erase any virtregs that are now empty and unused. There may be <undef>
 320   // uses around. Keep the empty live range in that case.
 321   for (unsigned i = 0, e = RegsToErase.size(); i != e; ++i) {
 322     unsigned Reg = RegsToErase[i];
 323     if (LIS.hasInterval(Reg) && MRI.reg_nodbg_empty(Reg)) {
 324       ToShrink.remove(&LIS.getInterval(Reg));
 325       eraseVirtReg(Reg);
 326     }
 327   }
 328 }
 329
 330 void LiveRangeEdit::eliminateDeadDefs(SmallVectorImpl<MachineInstr*> &Dead,
 331                                       ArrayRef<unsigned> RegsBeingSpilled) {
 332   ToShrinkSet ToShrink;
 333
 334   for (;;) {
 335     // Erase all dead defs.
 336     while (!Dead.empty())
 337       eliminateDeadDef(Dead.pop_back_val(), ToShrink);
 338
 339     if (ToShrink.empty())
 340       break;
 341
 342     // Shrink just one live interval. Then delete new dead defs.
 343     LiveInterval *LI = ToShrink.back();
 344     ToShrink.pop_back();
 345     if (foldAsLoad(LI, Dead))
 346       continue;
 347     if (TheDelegate)
 348       TheDelegate->LRE_WillShrinkVirtReg(LI->reg);
 349     if (!LIS.shrinkToUses(LI, &Dead))
 350       continue;
 351
 352     // Don't create new intervals for a register being spilled.
 353     // The new intervals would have to be spilled anyway so its not worth it.
 354     // Also they currently aren't spilled so creating them and not spilling
 355     // them results in incorrect code.
 356     bool BeingSpilled = false;
 357     for (unsigned i = 0, e = RegsBeingSpilled.size(); i != e; ++i) {
 358       if (LI->reg == RegsBeingSpilled[i]) {
 359         BeingSpilled = true;
 360         break;
 361       }
 362     }
 363
 364     if (BeingSpilled) continue;
 365
 366     // LI may have been separated, create new intervals.
 367     LI->RenumberValues();
 368     ConnectedVNInfoEqClasses ConEQ(LIS);
 369     unsigned NumComp = ConEQ.Classify(LI);
 370     if (NumComp <= 1)
 371       continue;
 372     ++NumFracRanges;
 373     bool IsOriginal = VRM && VRM->getOriginal(LI->reg) == LI->reg;
 374     DEBUG(dbgs() << NumComp << " components: " << *LI << '\n');
 375     SmallVector<LiveInterval*, 8> Dups(1, LI);
 376     for (unsigned i = 1; i != NumComp; ++i) {
 377       Dups.push_back(&createEmptyIntervalFrom(LI->reg));
 378       // If LI is an original interval that hasn't been split yet, make the new
 379       // intervals their own originals instead of referring to LI. The original
 380       // interval must contain all the split products, and LI doesn't.
 381       if (IsOriginal)
 382         VRM->setIsSplitFromReg(Dups.back()->reg, 0);
 383       if (TheDelegate)
 384         TheDelegate->LRE_DidCloneVirtReg(Dups.back()->reg, LI->reg);
 385     }
 386     ConEQ.Distribute(&Dups[0], MRI);
 387     DEBUG({
 388       for (unsigned i = 0; i != NumComp; ++i)
 389         dbgs() << '\t' << *Dups[i] << '\n';
 390     });
 391   }
 392 }
 393
 394 // Keep track of new virtual registers created via
 395 // MachineRegisterInfo::createVirtualRegister.
 396 void
 397 LiveRangeEdit::MRI_NoteNewVirtualRegister(unsigned VReg)
 398 {
 399   if (VRM)
 400     VRM->grow();
 401
 402   NewRegs.push_back(VReg);
 403 }
 404
 405 void
 406 LiveRangeEdit::calculateRegClassAndHint(MachineFunction &MF,
 407                                         const MachineLoopInfo &Loops,
 408                                         const MachineBlockFrequencyInfo &MBFI) {
 409   VirtRegAuxInfo VRAI(MF, LIS, Loops, MBFI);
 410   for (unsigned I = 0, Size = size(); I < Size; ++I) {
 411     LiveInterval &LI = LIS.getInterval(get(I));
 412     if (MRI.recomputeRegClass(LI.reg, MF.getTarget()))
 413       DEBUG(dbgs() << "Inflated " << PrintReg(LI.reg) << " to "
 414                    << MRI.getRegClass(LI.reg)->getName() << '\n');
 415     VRAI.calculateSpillWeightAndHint(LI);
 416   }
 417 }