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