lib/CodeGen/PHIElimination.cpp

   1 //===-- PhiElimination.cpp - Eliminate PHI nodes by inserting copies ------===//
   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 pass eliminates machine instruction PHI nodes by inserting copy
  11 // instructions.  This destroys SSA information, but is the desired input for
  12 // some register allocators.
  13 //
  14 //===----------------------------------------------------------------------===//
  15
  16 #define DEBUG_TYPE "phielim"
  17 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
  18 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  19 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  21 #include "llvm/CodeGen/SSARegMap.h"
  22 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  23 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  24 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  25 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  26 #include "llvm/Support/Compiler.h"
  27 #include <set>
  28 #include <algorithm>
  29 using namespace llvm;
  30
  31 STATISTIC(NumAtomic, "Number of atomic phis lowered");
  32 //STATISTIC(NumSimple, "Number of simple phis lowered");
  33
  34 namespace {
  35   struct VISIBILITY_HIDDEN PNE : public MachineFunctionPass {
  36     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
  37       analyzePHINodes(Fn);
  38
  39       bool Changed = false;
  40
  41       // Eliminate PHI instructions by inserting copies into predecessor blocks.
  42       for (MachineFunction::iterator I = Fn.begin(), E = Fn.end(); I != E; ++I)
  43         Changed |= EliminatePHINodes(Fn, *I);
  44
  45       VRegPHIUseCount.clear();
  46       return Changed;
  47     }
  48
  49     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  50       AU.addPreserved<LiveVariables>();
  51       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
  52     }
  53
  54   private:
  55     /// EliminatePHINodes - Eliminate phi nodes by inserting copy instructions
  56     /// in predecessor basic blocks.
  57     ///
  58     bool EliminatePHINodes(MachineFunction &MF, MachineBasicBlock &MBB);
  59     void LowerAtomicPHINode(MachineBasicBlock &MBB,
  60                             MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt);
  61
  62     /// analyzePHINodes - Gather information about the PHI nodes in
  63     /// here. In particular, we want to map the number of uses of a virtual
  64     /// register which is used in a PHI node. We map that to the BB the
  65     /// vreg is coming from. This is used later to determine when the vreg
  66     /// is killed in the BB.
  67     ///
  68     void analyzePHINodes(const MachineFunction& Fn);
  69
  70     typedef std::pair<const MachineBasicBlock*, unsigned> BBVRegPair;
  71     typedef std::map<BBVRegPair, unsigned> VRegPHIUse;
  72
  73     VRegPHIUse VRegPHIUseCount;
  74   };
  75
  76   RegisterPass<PNE> X("phi-node-elimination",
  77                       "Eliminate PHI nodes for register allocation");
  78 }
  79
  80 const PassInfo *llvm::PHIEliminationID = X.getPassInfo();
  81
  82 /// EliminatePHINodes - Eliminate phi nodes by inserting copy instructions in
  83 /// predecessor basic blocks.
  84 ///
  85 bool PNE::EliminatePHINodes(MachineFunction &MF, MachineBasicBlock &MBB) {
  86   if (MBB.empty() || MBB.front().getOpcode() != TargetInstrInfo::PHI)
  87     return false;   // Quick exit for basic blocks without PHIs.
  88
  89   // Get an iterator to the first instruction after the last PHI node (this may
  90   // also be the end of the basic block).
  91   MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt = MBB.begin();
  92   while (AfterPHIsIt != MBB.end() &&
  93          AfterPHIsIt->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI)
  94     ++AfterPHIsIt;    // Skip over all of the PHI nodes...
  95
  96   while (MBB.front().getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI)
  97     LowerAtomicPHINode(MBB, AfterPHIsIt);
  98
  99   return true;
 100 }
 101
 102 /// InstructionUsesRegister - Return true if the specified machine instr has a
 103 /// use of the specified register.
 104 static bool InstructionUsesRegister(MachineInstr *MI, unsigned SrcReg) {
 105   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i)
 106     if (MI->getOperand(i).isRegister() &&
 107         MI->getOperand(i).getReg() == SrcReg &&
 108         MI->getOperand(i).isUse())
 109       return true;
 110   return false;
 111 }
 112
 113 /// LowerAtomicPHINode - Lower the PHI node at the top of the specified block,
 114 /// under the assuption that it needs to be lowered in a way that supports
 115 /// atomic execution of PHIs.  This lowering method is always correct all of the
 116 /// time.
 117 void PNE::LowerAtomicPHINode(MachineBasicBlock &MBB,
 118                              MachineBasicBlock::iterator AfterPHIsIt) {
 119   // Unlink the PHI node from the basic block, but don't delete the PHI yet.
 120   MachineInstr *MPhi = MBB.remove(MBB.begin());
 121
 122   unsigned DestReg = MPhi->getOperand(0).getReg();
 123
 124   // Create a new register for the incoming PHI arguments.
 125   MachineFunction &MF = *MBB.getParent();
 126   const TargetRegisterClass *RC = MF.getSSARegMap()->getRegClass(DestReg);
 127   unsigned IncomingReg = MF.getSSARegMap()->createVirtualRegister(RC);
 128
 129   // Insert a register to register copy in the top of the current block (but
 130   // after any remaining phi nodes) which copies the new incoming register
 131   // into the phi node destination.
 132   //
 133   const MRegisterInfo *RegInfo = MF.getTarget().getRegisterInfo();
 134   RegInfo->copyRegToReg(MBB, AfterPHIsIt, DestReg, IncomingReg, RC);
 135
 136   // Update live variable information if there is any...
 137   LiveVariables *LV = getAnalysisToUpdate<LiveVariables>();
 138   if (LV) {
 139     MachineInstr *PHICopy = prior(AfterPHIsIt);
 140
 141     // Increment use count of the newly created virtual register.
 142     LV->getVarInfo(IncomingReg).NumUses++;
 143
 144     // Add information to LiveVariables to know that the incoming value is
 145     // killed.  Note that because the value is defined in several places (once
 146     // each for each incoming block), the "def" block and instruction fields
 147     // for the VarInfo is not filled in.
 148     //
 149     LV->addVirtualRegisterKilled(IncomingReg, PHICopy);
 150
 151     // Since we are going to be deleting the PHI node, if it is the last use
 152     // of any registers, or if the value itself is dead, we need to move this
 153     // information over to the new copy we just inserted.
 154     //
 155     LV->removeVirtualRegistersKilled(MPhi);
 156
 157     // If the result is dead, update LV.
 158     if (LV->RegisterDefIsDead(MPhi, DestReg)) {
 159       LV->addVirtualRegisterDead(DestReg, PHICopy);
 160       LV->removeVirtualRegistersDead(MPhi);
 161     }
 162
 163     // Realize that the destination register is defined by the PHI copy now, not
 164     // the PHI itself.
 165     LV->getVarInfo(DestReg).DefInst = PHICopy;
 166
 167     LV->getVarInfo(IncomingReg).UsedBlocks[MBB.getNumber()] = true;
 168   }
 169
 170   // Adjust the VRegPHIUseCount map to account for the removal of this PHI
 171   // node.
 172   for (unsigned i = 1; i != MPhi->getNumOperands(); i += 2)
 173     --VRegPHIUseCount[BBVRegPair(
 174                         MPhi->getOperand(i + 1).getMachineBasicBlock(),
 175                         MPhi->getOperand(i).getReg())];
 176
 177   // Now loop over all of the incoming arguments, changing them to copy into
 178   // the IncomingReg register in the corresponding predecessor basic block.
 179   //
 180   std::set<MachineBasicBlock*> MBBsInsertedInto;
 181   for (int i = MPhi->getNumOperands() - 1; i >= 2; i-=2) {
 182     unsigned SrcReg = MPhi->getOperand(i-1).getReg();
 183     assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg) &&
 184            "Machine PHI Operands must all be virtual registers!");
 185
 186     // Get the MachineBasicBlock equivalent of the BasicBlock that is the
 187     // source path the PHI.
 188     MachineBasicBlock &opBlock = *MPhi->getOperand(i).getMachineBasicBlock();
 189
 190     // Check to make sure we haven't already emitted the copy for this block.
 191     // This can happen because PHI nodes may have multiple entries for the
 192     // same basic block.
 193     if (!MBBsInsertedInto.insert(&opBlock).second)
 194       continue;  // If the copy has already been emitted, we're done.
 195
 196     // Get an iterator pointing to the first terminator in the block (or end()).
 197     // This is the point where we can insert a copy if we'd like to.
 198     MachineBasicBlock::iterator I = opBlock.getFirstTerminator();
 199
 200     // Insert the copy.
 201     RegInfo->copyRegToReg(opBlock, I, IncomingReg, SrcReg, RC);
 202
 203     // Now update live variable information if we have it.  Otherwise we're done
 204     if (!LV) continue;
 205
 206     // We want to be able to insert a kill of the register if this PHI
 207     // (aka, the copy we just inserted) is the last use of the source
 208     // value.  Live variable analysis conservatively handles this by
 209     // saying that the value is live until the end of the block the PHI
 210     // entry lives in.  If the value really is dead at the PHI copy, there
 211     // will be no successor blocks which have the value live-in.
 212     //
 213     // Check to see if the copy is the last use, and if so, update the
 214     // live variables information so that it knows the copy source
 215     // instruction kills the incoming value.
 216     //
 217     LiveVariables::VarInfo &InRegVI = LV->getVarInfo(SrcReg);
 218     InRegVI.UsedBlocks[opBlock.getNumber()] = true;
 219
 220     // Loop over all of the successors of the basic block, checking to see
 221     // if the value is either live in the block, or if it is killed in the
 222     // block.  Also check to see if this register is in use by another PHI
 223     // node which has not yet been eliminated.  If so, it will be killed
 224     // at an appropriate point later.
 225     //
 226
 227     // Is it used by any PHI instructions in this block?
 228     bool ValueIsLive = VRegPHIUseCount[BBVRegPair(&opBlock, SrcReg)] != 0;
 229
 230     std::vector<MachineBasicBlock*> OpSuccBlocks;
 231
 232     // Otherwise, scan successors, including the BB the PHI node lives in.
 233     for (MachineBasicBlock::succ_iterator SI = opBlock.succ_begin(),
 234            E = opBlock.succ_end(); SI != E && !ValueIsLive; ++SI) {
 235       MachineBasicBlock *SuccMBB = *SI;
 236
 237       // Is it alive in this successor?
 238       unsigned SuccIdx = SuccMBB->getNumber();
 239       if (SuccIdx < InRegVI.AliveBlocks.size() &&
 240           InRegVI.AliveBlocks[SuccIdx]) {
 241         ValueIsLive = true;
 242         break;
 243       }
 244
 245       OpSuccBlocks.push_back(SuccMBB);
 246     }
 247
 248     // Check to see if this value is live because there is a use in a successor
 249     // that kills it.
 250     if (!ValueIsLive) {
 251       switch (OpSuccBlocks.size()) {
 252       case 1: {
 253         MachineBasicBlock *MBB = OpSuccBlocks[0];
 254         for (unsigned i = 0, e = InRegVI.Kills.size(); i != e; ++i)
 255           if (InRegVI.Kills[i]->getParent() == MBB) {
 256             ValueIsLive = true;
 257             break;
 258           }
 259         break;
 260       }
 261       case 2: {
 262         MachineBasicBlock *MBB1 = OpSuccBlocks[0], *MBB2 = OpSuccBlocks[1];
 263         for (unsigned i = 0, e = InRegVI.Kills.size(); i != e; ++i)
 264           if (InRegVI.Kills[i]->getParent() == MBB1 ||
 265               InRegVI.Kills[i]->getParent() == MBB2) {
 266             ValueIsLive = true;
 267             break;
 268           }
 269         break;
 270       }
 271       default:
 272         std::sort(OpSuccBlocks.begin(), OpSuccBlocks.end());
 273         for (unsigned i = 0, e = InRegVI.Kills.size(); i != e; ++i)
 274           if (std::binary_search(OpSuccBlocks.begin(), OpSuccBlocks.end(),
 275                                  InRegVI.Kills[i]->getParent())) {
 276             ValueIsLive = true;
 277             break;
 278           }
 279       }
 280     }
 281
 282     // Okay, if we now know that the value is not live out of the block,
 283     // we can add a kill marker in this block saying that it kills the incoming
 284     // value!
 285     if (!ValueIsLive) {
 286       // In our final twist, we have to decide which instruction kills the
 287       // register.  In most cases this is the copy, however, the first
 288       // terminator instruction at the end of the block may also use the value.
 289       // In this case, we should mark *it* as being the killing block, not the
 290       // copy.
 291       bool FirstTerminatorUsesValue = false;
 292       if (I != opBlock.end()) {
 293         FirstTerminatorUsesValue = InstructionUsesRegister(I, SrcReg);
 294
 295         // Check that no other terminators use values.
 296 #ifndef NDEBUG
 297         for (MachineBasicBlock::iterator TI = next(I); TI != opBlock.end();
 298              ++TI) {
 299           assert(!InstructionUsesRegister(TI, SrcReg) &&
 300                  "Terminator instructions cannot use virtual registers unless"
 301                  "they are the first terminator in a block!");
 302         }
 303 #endif
 304       }
 305
 306       MachineBasicBlock::iterator KillInst;
 307       if (!FirstTerminatorUsesValue)
 308         KillInst = prior(I);
 309       else
 310         KillInst = I;
 311
 312       // Finally, mark it killed.
 313       LV->addVirtualRegisterKilled(SrcReg, KillInst);
 314
 315       // This vreg no longer lives all of the way through opBlock.
 316       unsigned opBlockNum = opBlock.getNumber();
 317       if (opBlockNum < InRegVI.AliveBlocks.size())
 318         InRegVI.AliveBlocks[opBlockNum] = false;
 319     }
 320   }
 321
 322   // Really delete the PHI instruction now!
 323   delete MPhi;
 324   ++NumAtomic;
 325 }
 326
 327 /// analyzePHINodes - Gather information about the PHI nodes in here. In
 328 /// particular, we want to map the number of uses of a virtual register which is
 329 /// used in a PHI node. We map that to the BB the vreg is coming from. This is
 330 /// used later to determine when the vreg is killed in the BB.
 331 ///
 332 void PNE::analyzePHINodes(const MachineFunction& Fn) {
 333   for (MachineFunction::const_iterator I = Fn.begin(), E = Fn.end();
 334        I != E; ++I)
 335     for (MachineBasicBlock::const_iterator BBI = I->begin(), BBE = I->end();
 336          BBI != BBE && BBI->getOpcode() == TargetInstrInfo::PHI; ++BBI)
 337       for (unsigned i = 1, e = BBI->getNumOperands(); i != e; i += 2)
 338         ++VRegPHIUseCount[BBVRegPair(
 339                             BBI->getOperand(i + 1).getMachineBasicBlock(),
 340                             BBI->getOperand(i).getReg())];
 341 }