lib/CodeGen/LiveVariables.cpp

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