lib/CodeGen/LiveVariables.cpp

   1 //===-- LiveVariables.cpp - Live Variable Analysis for Machine Code -------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file was developed by the LLVM research group and is distributed under
   6 // the University of Illinois Open Source License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements the LiveVariable analysis pass.  For each machine
  11 // instruction in the function, this pass calculates the set of registers that
  12 // are immediately dead after the instruction (i.e., the instruction calculates
  13 // the value, but it is never used) and the set of registers that are used by
  14 // the instruction, but are never used after the instruction (i.e., they are
  15 // killed).
  16 //
  17 // This class computes live variables using are sparse implementation based on
  18 // the machine code SSA form.  This class computes live variable information for
  19 // each virtual and _register allocatable_ physical register in a function.  It
  20 // uses the dominance properties of SSA form to efficiently compute live
  21 // variables for virtual registers, and assumes that physical registers are only
  22 // live within a single basic block (allowing it to do a single local analysis
  23 // to resolve physical register lifetimes in each basic block).  If a physical
  24 // register is not register allocatable, it is not tracked.  This is useful for
  25 // things like the stack pointer and condition codes.
  26 //
  27 //===----------------------------------------------------------------------===//
  28
  29 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
  30 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  31 #include "llvm/Target/MRegisterInfo.h"
  32 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  33 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  34 #include "Support/DepthFirstIterator.h"
  35 #include "Support/STLExtras.h"
  36 using namespace llvm;
  37
  38 static RegisterAnalysis<LiveVariables> X("livevars", "Live Variable Analysis");
  39
  40 /// getIndexMachineBasicBlock() - Given a block index, return the
  41 /// MachineBasicBlock corresponding to it.
  42 MachineBasicBlock *LiveVariables::getIndexMachineBasicBlock(unsigned Idx) {
  43   if (BBIdxMap.empty()) {
  44     BBIdxMap.resize(BBMap.size());
  45     for (std::map<MachineBasicBlock*, unsigned>::iterator I = BBMap.begin(),
  46            E = BBMap.end(); I != E; ++I) {
  47       assert(BBIdxMap.size() > I->second && "Indices are not sequential");
  48       assert(BBIdxMap[I->second] == 0 && "Multiple idx collision!");
  49       BBIdxMap[I->second] = I->first;
  50     }
  51   }
  52   assert(Idx < BBIdxMap.size() && "BB Index out of range!");
  53   return BBIdxMap[Idx];
  54 }
  55
  56 LiveVariables::VarInfo &LiveVariables::getVarInfo(unsigned RegIdx) {
  57   assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(RegIdx) &&
  58          "getVarInfo: not a virtual register!");
  59   RegIdx -= MRegisterInfo::FirstVirtualRegister;
  60   if (RegIdx >= VirtRegInfo.size()) {
  61     if (RegIdx >= 2*VirtRegInfo.size())
  62       VirtRegInfo.resize(RegIdx*2);
  63     else
  64       VirtRegInfo.resize(2*VirtRegInfo.size());
  65   }
  66   return VirtRegInfo[RegIdx];
  67 }
  68
  69
  70
  71 void LiveVariables::MarkVirtRegAliveInBlock(VarInfo &VRInfo,
  72                                             MachineBasicBlock *MBB) {
  73   unsigned BBNum = getMachineBasicBlockIndex(MBB);
  74
  75   // Check to see if this basic block is one of the killing blocks.  If so,
  76   // remove it...
  77   for (unsigned i = 0, e = VRInfo.Kills.size(); i != e; ++i)
  78     if (VRInfo.Kills[i].first == MBB) {
  79       VRInfo.Kills.erase(VRInfo.Kills.begin()+i);  // Erase entry
  80       break;
  81     }
  82
  83   if (MBB == VRInfo.DefBlock) return;  // Terminate recursion
  84
  85   if (VRInfo.AliveBlocks.size() <= BBNum)
  86     VRInfo.AliveBlocks.resize(BBNum+1);  // Make space...
  87
  88   if (VRInfo.AliveBlocks[BBNum])
  89     return;  // We already know the block is live
  90
  91   // Mark the variable known alive in this bb
  92   VRInfo.AliveBlocks[BBNum] = true;
  93
  94   for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator PI = MBB->pred_begin(),
  95          E = MBB->pred_end(); PI != E; ++PI)
  96     MarkVirtRegAliveInBlock(VRInfo, *PI);
  97 }
  98
  99 void LiveVariables::HandleVirtRegUse(VarInfo &VRInfo, MachineBasicBlock *MBB,
 100                                      MachineInstr *MI) {
 101   // Check to see if this basic block is already a kill block...
 102   if (!VRInfo.Kills.empty() && VRInfo.Kills.back().first == MBB) {
 103     // Yes, this register is killed in this basic block already.  Increase the
 104     // live range by updating the kill instruction.
 105     VRInfo.Kills.back().second = MI;
 106     return;
 107   }
 108
 109 #ifndef NDEBUG
 110   for (unsigned i = 0, e = VRInfo.Kills.size(); i != e; ++i)
 111     assert(VRInfo.Kills[i].first != MBB && "entry should be at end!");
 112 #endif
 113
 114   assert(MBB != VRInfo.DefBlock && "Should have kill for defblock!");
 115
 116   // Add a new kill entry for this basic block.
 117   VRInfo.Kills.push_back(std::make_pair(MBB, MI));
 118
 119   // Update all dominating blocks to mark them known live.
 120   const BasicBlock *BB = MBB->getBasicBlock();
 121   for (MachineBasicBlock::const_pred_iterator PI = MBB->pred_begin(),
 122          E = MBB->pred_end(); PI != E; ++PI)
 123     MarkVirtRegAliveInBlock(VRInfo, *PI);
 124 }
 125
 126 void LiveVariables::HandlePhysRegUse(unsigned Reg, MachineInstr *MI) {
 127   PhysRegInfo[Reg] = MI;
 128   PhysRegUsed[Reg] = true;
 129
 130   for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(Reg);
 131        unsigned Alias = *AliasSet; ++AliasSet) {
 132     PhysRegInfo[Alias] = MI;
 133     PhysRegUsed[Alias] = true;
 134   }
 135 }
 136
 137 void LiveVariables::HandlePhysRegDef(unsigned Reg, MachineInstr *MI) {
 138   // Does this kill a previous version of this register?
 139   if (MachineInstr *LastUse = PhysRegInfo[Reg]) {
 140     if (PhysRegUsed[Reg])
 141       RegistersKilled.insert(std::make_pair(LastUse, Reg));
 142     else
 143       RegistersDead.insert(std::make_pair(LastUse, Reg));
 144   }
 145   PhysRegInfo[Reg] = MI;
 146   PhysRegUsed[Reg] = false;
 147
 148   for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(Reg);
 149        unsigned Alias = *AliasSet; ++AliasSet) {
 150     if (MachineInstr *LastUse = PhysRegInfo[Alias]) {
 151       if (PhysRegUsed[Alias])
 152         RegistersKilled.insert(std::make_pair(LastUse, Alias));
 153       else
 154         RegistersDead.insert(std::make_pair(LastUse, Alias));
 155     }
 156     PhysRegInfo[Alias] = MI;
 157     PhysRegUsed[Alias] = false;
 158   }
 159 }
 160
 161 bool LiveVariables::runOnMachineFunction(MachineFunction &MF) {
 162   const TargetInstrInfo &TII = MF.getTarget().getInstrInfo();
 163   RegInfo = MF.getTarget().getRegisterInfo();
 164   assert(RegInfo && "Target doesn't have register information?");
 165
 166   // First time though, initialize AllocatablePhysicalRegisters for the target
 167   if (AllocatablePhysicalRegisters.empty()) {
 168     // Make space, initializing to false...
 169     AllocatablePhysicalRegisters.resize(RegInfo->getNumRegs());
 170
 171     // Loop over all of the register classes...
 172     for (MRegisterInfo::regclass_iterator RCI = RegInfo->regclass_begin(),
 173            E = RegInfo->regclass_end(); RCI != E; ++RCI)
 174       // Loop over all of the allocatable registers in the function...
 175       for (TargetRegisterClass::iterator I = (*RCI)->allocation_order_begin(MF),
 176              E = (*RCI)->allocation_order_end(MF); I != E; ++I)
 177         AllocatablePhysicalRegisters[*I] = true;  // The reg is allocatable!
 178   }
 179
 180   // Build BBMap...
 181   unsigned BBNum = 0;
 182   for (MachineFunction::iterator I = MF.begin(), E = MF.end(); I != E; ++I)
 183     BBMap[I] = BBNum++;
 184
 185   // PhysRegInfo - Keep track of which instruction was the last use of a
 186   // physical register.  This is a purely local property, because all physical
 187   // register references as presumed dead across basic blocks.
 188   //
 189   MachineInstr *PhysRegInfoA[RegInfo->getNumRegs()];
 190   bool          PhysRegUsedA[RegInfo->getNumRegs()];
 191   std::fill(PhysRegInfoA, PhysRegInfoA+RegInfo->getNumRegs(), (MachineInstr*)0);
 192   PhysRegInfo = PhysRegInfoA;
 193   PhysRegUsed = PhysRegUsedA;
 194
 195   /// Get some space for a respectable number of registers...
 196   VirtRegInfo.resize(64);
 197
 198   // Calculate live variable information in depth first order on the CFG of the
 199   // function.  This guarantees that we will see the definition of a virtual
 200   // register before its uses due to dominance properties of SSA (except for PHI
 201   // nodes, which are treated as a special case).
 202   //
 203   MachineBasicBlock *Entry = MF.begin();
 204   for (df_iterator<MachineBasicBlock*> DFI = df_begin(Entry), E = df_end(Entry);
 205        DFI != E; ++DFI) {
 206     MachineBasicBlock *MBB = *DFI;
 207     unsigned BBNum = getMachineBasicBlockIndex(MBB);
 208
 209     // Loop over all of the instructions, processing them.
 210     for (MachineBasicBlock::iterator I = MBB->begin(), E = MBB->end();
 211          I != E; ++I) {
 212       MachineInstr *MI = I;
 213       const TargetInstrDescriptor &MID = TII.get(MI->getOpcode());
 214
 215       // Process all of the operands of the instruction...
 216       unsigned NumOperandsToProcess = MI->getNumOperands();
 217
 218       // Unless it is a PHI node.  In this case, ONLY process the DEF, not any
 219       // of the uses.  They will be handled in other basic blocks.
 220       if (MI->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI)
 221         NumOperandsToProcess = 1;
 222
 223       // Loop over implicit uses, using them.
 224       for (const unsigned *ImplicitUses = MID.ImplicitUses;
 225            *ImplicitUses; ++ImplicitUses)
 226         HandlePhysRegUse(*ImplicitUses, MI);
 227
 228       // Process all explicit uses...
 229       for (unsigned i = 0; i != NumOperandsToProcess; ++i) {
 230         MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 231         if (MO.isUse() && MO.isRegister() && MO.getReg()) {
 232           if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())){
 233             HandleVirtRegUse(getVarInfo(MO.getReg()), MBB, MI);
 234           } else if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg()) &&
 235                      AllocatablePhysicalRegisters[MO.getReg()]) {
 236             HandlePhysRegUse(MO.getReg(), MI);
 237           }
 238         }
 239       }
 240
 241       // Loop over implicit defs, defining them.
 242       for (const unsigned *ImplicitDefs = MID.ImplicitDefs;
 243            *ImplicitDefs; ++ImplicitDefs)
 244         HandlePhysRegDef(*ImplicitDefs, MI);
 245
 246       // Process all explicit defs...
 247       for (unsigned i = 0; i != NumOperandsToProcess; ++i) {
 248         MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 249         if (MO.isDef() && MO.isRegister() && MO.getReg()) {
 250           if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
 251             VarInfo &VRInfo = getVarInfo(MO.getReg());
 252
 253             assert(VRInfo.DefBlock == 0 && "Variable multiply defined!");
 254             VRInfo.DefBlock = MBB;                           // Created here...
 255             VRInfo.DefInst = MI;
 256             VRInfo.Kills.push_back(std::make_pair(MBB, MI)); // Defaults to dead
 257           } else if (MRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg()) &&
 258                      AllocatablePhysicalRegisters[MO.getReg()]) {
 259             HandlePhysRegDef(MO.getReg(), MI);
 260           }
 261         }
 262       }
 263     }
 264
 265     // Handle any virtual assignments from PHI nodes which might be at the
 266     // bottom of this basic block.  We check all of our successor blocks to see
 267     // if they have PHI nodes, and if so, we simulate an assignment at the end
 268     // of the current block.
 269     for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = MBB->succ_begin(),
 270            E = MBB->succ_end(); SI != E; ++SI) {
 271       MachineBasicBlock *Succ = *SI;
 272
 273       // PHI nodes are guaranteed to be at the top of the block...
 274       for (MachineBasicBlock::iterator MI = Succ->begin(), ME = Succ->end();
 275            MI != ME && MI->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI; ++MI) {
 276         for (unsigned i = 1; ; i += 2) {
 277           assert(MI->getNumOperands() > i+1 &&
 278                  "Didn't find an entry for our predecessor??");
 279           if (MI->getOperand(i+1).getMachineBasicBlock() == MBB) {
 280             MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
 281             if (!MO.getVRegValueOrNull()) {
 282               VarInfo &VRInfo = getVarInfo(MO.getReg());
 283
 284               // Only mark it alive only in the block we are representing...
 285               MarkVirtRegAliveInBlock(VRInfo, MBB);
 286               break;   // Found the PHI entry for this block...
 287             }
 288           }
 289         }
 290       }
 291     }
 292
 293     // Loop over PhysRegInfo, killing any registers that are available at the
 294     // end of the basic block.  This also resets the PhysRegInfo map.
 295     for (unsigned i = 0, e = RegInfo->getNumRegs(); i != e; ++i)
 296       if (PhysRegInfo[i])
 297         HandlePhysRegDef(i, 0);
 298   }
 299
 300   // Convert the information we have gathered into VirtRegInfo and transform it
 301   // into a form usable by RegistersKilled.
 302   //
 303   for (unsigned i = 0, e = VirtRegInfo.size(); i != e; ++i)
 304     for (unsigned j = 0, e = VirtRegInfo[i].Kills.size(); j != e; ++j) {
 305       if (VirtRegInfo[i].Kills[j].second == VirtRegInfo[i].DefInst)
 306         RegistersDead.insert(std::make_pair(VirtRegInfo[i].Kills[j].second,
 307                     i + MRegisterInfo::FirstVirtualRegister));
 308
 309       else
 310         RegistersKilled.insert(std::make_pair(VirtRegInfo[i].Kills[j].second,
 311                     i + MRegisterInfo::FirstVirtualRegister));
 312     }
 313
 314   return false;
 315 }
 316
 317 /// instructionChanged - When the address of an instruction changes, this
 318 /// method should be called so that live variables can update its internal
 319 /// data structures.  This removes the records for OldMI, transfering them to
 320 /// the records for NewMI.
 321 void LiveVariables::instructionChanged(MachineInstr *OldMI,
 322                                        MachineInstr *NewMI) {
 323   // If the instruction defines any virtual registers, update the VarInfo for
 324   // the instruction.
 325   for (unsigned i = 0, e = OldMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 326     MachineOperand &MO = OldMI->getOperand(i);
 327     if (MO.isRegister() && MO.isDef() && MO.getReg() &&
 328         MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
 329       unsigned Reg = MO.getReg();
 330       VarInfo &VI = getVarInfo(Reg);
 331       if (VI.DefInst == OldMI)
 332         VI.DefInst = NewMI;
 333     }
 334   }
 335
 336   // Move the killed information over...
 337   killed_iterator I, E;
 338   tie(I, E) = killed_range(OldMI);
 339   std::vector<unsigned> Regs;
 340   for (killed_iterator A = I; A != E; ++A)
 341     Regs.push_back(A->second);
 342   RegistersKilled.erase(I, E);
 343
 344   for (unsigned i = 0, e = Regs.size(); i != e; ++i)
 345     RegistersKilled.insert(std::make_pair(NewMI, Regs[i]));
 346   Regs.clear();
 347
 348
 349   // Move the dead information over...
 350   tie(I, E) = dead_range(OldMI);
 351   for (killed_iterator A = I; A != E; ++A)
 352     Regs.push_back(A->second);
 353   RegistersDead.erase(I, E);
 354
 355   for (unsigned i = 0, e = Regs.size(); i != e; ++i)
 356     RegistersDead.insert(std::make_pair(NewMI, Regs[i]));
 357 }