8ef5dcdec98098a3d81b6aabebecb37b33817d51
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocGreedy.cpp
1 //===-- RegAllocGreedy.cpp - greedy register allocator --------------------===//
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 // This file defines the RAGreedy function pass for register allocation in
11 // optimized builds.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
16 #include "AllocationOrder.h"
17 #include "InterferenceCache.h"
18 #include "LiveDebugVariables.h"
19 #include "RegAllocBase.h"
20 #include "SpillPlacement.h"
21 #include "Spiller.h"
22 #include "SplitKit.h"
23 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
24 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
25 #include "llvm/CodeGen/CalcSpillWeights.h"
26 #include "llvm/CodeGen/EdgeBundles.h"
27 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
28 #include "llvm/CodeGen/LiveRangeEdit.h"
29 #include "llvm/CodeGen/LiveRegMatrix.h"
30 #include "llvm/CodeGen/LiveStackAnalysis.h"
31 #include "llvm/CodeGen/MachineBlockFrequencyInfo.h"
32 #include "llvm/CodeGen/MachineDominators.h"
33 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
34 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
35 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
36 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
37 #include "llvm/CodeGen/RegisterClassInfo.h"
38 #include "llvm/CodeGen/VirtRegMap.h"
39 #include "llvm/IR/LLVMContext.h"
40 #include "llvm/PassAnalysisSupport.h"
41 #include "llvm/Support/BranchProbability.h"
42 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
43 #include "llvm/Support/Debug.h"
44 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
45 #include "llvm/Support/Timer.h"
46 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
47 #include "llvm/Target/TargetSubtargetInfo.h"
48 #include <queue>
49
50 using namespace llvm;
51
52 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
53
54 STATISTIC(NumGlobalSplits, "Number of split global live ranges");
55 STATISTIC(NumLocalSplits,  "Number of split local live ranges");
56 STATISTIC(NumEvicted,      "Number of interferences evicted");
57
58 static cl::opt<SplitEditor::ComplementSpillMode>
59 SplitSpillMode("split-spill-mode", cl::Hidden,
60   cl::desc("Spill mode for splitting live ranges"),
61   cl::values(clEnumValN(SplitEditor::SM_Partition, "default", "Default"),
62              clEnumValN(SplitEditor::SM_Size,  "size",  "Optimize for size"),
63              clEnumValN(SplitEditor::SM_Speed, "speed", "Optimize for speed"),
64              clEnumValEnd),
65   cl::init(SplitEditor::SM_Partition));
66
67 static cl::opt<unsigned>
68 LastChanceRecoloringMaxDepth("lcr-max-depth", cl::Hidden,
69                              cl::desc("Last chance recoloring max depth"),
70                              cl::init(5));
71
72 static cl::opt<unsigned> LastChanceRecoloringMaxInterference(
73     "lcr-max-interf", cl::Hidden,
74     cl::desc("Last chance recoloring maximum number of considered"
75              " interference at a time"),
76     cl::init(8));
77
78 static cl::opt<bool>
79 ExhaustiveSearch("exhaustive-register-search", cl::NotHidden,
80                  cl::desc("Exhaustive Search for registers bypassing the depth "
81                           "and interference cutoffs of last chance recoloring"));
82
83 static cl::opt<bool> EnableLocalReassignment(
84     "enable-local-reassign", cl::Hidden,
85     cl::desc("Local reassignment can yield better allocation decisions, but "
86              "may be compile time intensive"),
87     cl::init(false));
88
89 // FIXME: Find a good default for this flag and remove the flag.
90 static cl::opt<unsigned>
91 CSRFirstTimeCost("regalloc-csr-first-time-cost",
92               cl::desc("Cost for first time use of callee-saved register."),
93               cl::init(0), cl::Hidden);
94
95 static RegisterRegAlloc greedyRegAlloc("greedy", "greedy register allocator",
96                                        createGreedyRegisterAllocator);
97
98 namespace {
99 class RAGreedy : public MachineFunctionPass,
100                  public RegAllocBase,
101                  private LiveRangeEdit::Delegate {
102   // Convenient shortcuts.
103   typedef std::priority_queue<std::pair<unsigned, unsigned> > PQueue;
104   typedef SmallPtrSet<LiveInterval *, 4> SmallLISet;
105   typedef SmallSet<unsigned, 16> SmallVirtRegSet;
106
107   // context
108   MachineFunction *MF;
109
110   // Shortcuts to some useful interface.
111   const TargetInstrInfo *TII;
112   const TargetRegisterInfo *TRI;
113   RegisterClassInfo RCI;
114
115   // analyses
116   SlotIndexes *Indexes;
117   MachineBlockFrequencyInfo *MBFI;
118   MachineDominatorTree *DomTree;
119   MachineLoopInfo *Loops;
120   EdgeBundles *Bundles;
121   SpillPlacement *SpillPlacer;
122   LiveDebugVariables *DebugVars;
123
124   // state
125   std::unique_ptr<Spiller> SpillerInstance;
126   PQueue Queue;
127   unsigned NextCascade;
128
129   // Live ranges pass through a number of stages as we try to allocate them.
130   // Some of the stages may also create new live ranges:
131   //
132   // - Region splitting.
133   // - Per-block splitting.
134   // - Local splitting.
135   // - Spilling.
136   //
137   // Ranges produced by one of the stages skip the previous stages when they are
138   // dequeued. This improves performance because we can skip interference checks
139   // that are unlikely to give any results. It also guarantees that the live
140   // range splitting algorithm terminates, something that is otherwise hard to
141   // ensure.
142   enum LiveRangeStage {
143     /// Newly created live range that has never been queued.
144     RS_New,
145
146     /// Only attempt assignment and eviction. Then requeue as RS_Split.
147     RS_Assign,
148
149     /// Attempt live range splitting if assignment is impossible.
150     RS_Split,
151
152     /// Attempt more aggressive live range splitting that is guaranteed to make
153     /// progress.  This is used for split products that may not be making
154     /// progress.
155     RS_Split2,
156
157     /// Live range will be spilled.  No more splitting will be attempted.
158     RS_Spill,
159
160     /// There is nothing more we can do to this live range.  Abort compilation
161     /// if it can't be assigned.
162     RS_Done
163   };
164
165   // Enum CutOffStage to keep a track whether the register allocation failed
166   // because of the cutoffs encountered in last chance recoloring.
167   // Note: This is used as bitmask. New value should be next power of 2.
168   enum CutOffStage {
169     // No cutoffs encountered
170     CO_None = 0,
171
172     // lcr-max-depth cutoff encountered
173     CO_Depth = 1,
174
175     // lcr-max-interf cutoff encountered
176     CO_Interf = 2
177   };
178
179   uint8_t CutOffInfo;
180
181 #ifndef NDEBUG
182   static const char *const StageName[];
183 #endif
184
185   // RegInfo - Keep additional information about each live range.
186   struct RegInfo {
187     LiveRangeStage Stage;
188
189     // Cascade - Eviction loop prevention. See canEvictInterference().
190     unsigned Cascade;
191
192     RegInfo() : Stage(RS_New), Cascade(0) {}
193   };
194
195   IndexedMap<RegInfo, VirtReg2IndexFunctor> ExtraRegInfo;
196
197   LiveRangeStage getStage(const LiveInterval &VirtReg) const {
198     return ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Stage;
199   }
200
201   void setStage(const LiveInterval &VirtReg, LiveRangeStage Stage) {
202     ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
203     ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Stage = Stage;
204   }
205
206   template<typename Iterator>
207   void setStage(Iterator Begin, Iterator End, LiveRangeStage NewStage) {
208     ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
209     for (;Begin != End; ++Begin) {
210       unsigned Reg = *Begin;
211       if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_New)
212         ExtraRegInfo[Reg].Stage = NewStage;
213     }
214   }
215
216   /// Cost of evicting interference.
217   struct EvictionCost {
218     unsigned BrokenHints; ///< Total number of broken hints.
219     float MaxWeight;      ///< Maximum spill weight evicted.
220
221     EvictionCost(): BrokenHints(0), MaxWeight(0) {}
222
223     bool isMax() const { return BrokenHints == ~0u; }
224
225     void setMax() { BrokenHints = ~0u; }
226
227     void setBrokenHints(unsigned NHints) { BrokenHints = NHints; }
228
229     bool operator<(const EvictionCost &O) const {
230       return std::tie(BrokenHints, MaxWeight) <
231              std::tie(O.BrokenHints, O.MaxWeight);
232     }
233   };
234
235   // splitting state.
236   std::unique_ptr<SplitAnalysis> SA;
237   std::unique_ptr<SplitEditor> SE;
238
239   /// Cached per-block interference maps
240   InterferenceCache IntfCache;
241
242   /// All basic blocks where the current register has uses.
243   SmallVector<SpillPlacement::BlockConstraint, 8> SplitConstraints;
244
245   /// Global live range splitting candidate info.
246   struct GlobalSplitCandidate {
247     // Register intended for assignment, or 0.
248     unsigned PhysReg;
249
250     // SplitKit interval index for this candidate.
251     unsigned IntvIdx;
252
253     // Interference for PhysReg.
254     InterferenceCache::Cursor Intf;
255
256     // Bundles where this candidate should be live.
257     BitVector LiveBundles;
258     SmallVector<unsigned, 8> ActiveBlocks;
259
260     void reset(InterferenceCache &Cache, unsigned Reg) {
261       PhysReg = Reg;
262       IntvIdx = 0;
263       Intf.setPhysReg(Cache, Reg);
264       LiveBundles.clear();
265       ActiveBlocks.clear();
266     }
267
268     // Set B[i] = C for every live bundle where B[i] was NoCand.
269     unsigned getBundles(SmallVectorImpl<unsigned> &B, unsigned C) {
270       unsigned Count = 0;
271       for (int i = LiveBundles.find_first(); i >= 0;
272            i = LiveBundles.find_next(i))
273         if (B[i] == NoCand) {
274           B[i] = C;
275           Count++;
276         }
277       return Count;
278     }
279   };
280
281   /// Candidate info for each PhysReg in AllocationOrder.
282   /// This vector never shrinks, but grows to the size of the largest register
283   /// class.
284   SmallVector<GlobalSplitCandidate, 32> GlobalCand;
285
286   enum : unsigned { NoCand = ~0u };
287
288   /// Candidate map. Each edge bundle is assigned to a GlobalCand entry, or to
289   /// NoCand which indicates the stack interval.
290   SmallVector<unsigned, 32> BundleCand;
291
292   /// Callee-save register cost, calculated once per machine function.
293   BlockFrequency CSRCost;
294
295   /// Run or not the local reassignment heuristic. This information is
296   /// obtained from the TargetSubtargetInfo.
297   bool EnableLocalReassign;
298
299 public:
300   RAGreedy();
301
302   /// Return the pass name.
303   const char* getPassName() const override {
304     return "Greedy Register Allocator";
305   }
306
307   /// RAGreedy analysis usage.
308   void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const override;
309   void releaseMemory() override;
310   Spiller &spiller() override { return *SpillerInstance; }
311   void enqueue(LiveInterval *LI) override;
312   LiveInterval *dequeue() override;
313   unsigned selectOrSplit(LiveInterval&, SmallVectorImpl<unsigned>&) override;
314
315   /// Perform register allocation.
316   bool runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) override;
317
318   static char ID;
319
320 private:
321   unsigned selectOrSplitImpl(LiveInterval &, SmallVectorImpl<unsigned> &,
322                              SmallVirtRegSet &, unsigned = 0);
323
324   bool LRE_CanEraseVirtReg(unsigned) override;
325   void LRE_WillShrinkVirtReg(unsigned) override;
326   void LRE_DidCloneVirtReg(unsigned, unsigned) override;
327   void enqueue(PQueue &CurQueue, LiveInterval *LI);
328   LiveInterval *dequeue(PQueue &CurQueue);
329
330   BlockFrequency calcSpillCost();
331   bool addSplitConstraints(InterferenceCache::Cursor, BlockFrequency&);
332   void addThroughConstraints(InterferenceCache::Cursor, ArrayRef<unsigned>);
333   void growRegion(GlobalSplitCandidate &Cand);
334   BlockFrequency calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate&);
335   bool calcCompactRegion(GlobalSplitCandidate&);
336   void splitAroundRegion(LiveRangeEdit&, ArrayRef<unsigned>);
337   void calcGapWeights(unsigned, SmallVectorImpl<float>&);
338   unsigned canReassign(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg);
339   bool shouldEvict(LiveInterval &A, bool, LiveInterval &B, bool);
340   bool canEvictInterference(LiveInterval&, unsigned, bool, EvictionCost&);
341   void evictInterference(LiveInterval&, unsigned,
342                          SmallVectorImpl<unsigned>&);
343   bool mayRecolorAllInterferences(unsigned PhysReg, LiveInterval &VirtReg,
344                                   SmallLISet &RecoloringCandidates,
345                                   const SmallVirtRegSet &FixedRegisters);
346
347   unsigned tryAssign(LiveInterval&, AllocationOrder&,
348                      SmallVectorImpl<unsigned>&);
349   unsigned tryEvict(LiveInterval&, AllocationOrder&,
350                     SmallVectorImpl<unsigned>&, unsigned = ~0u);
351   unsigned tryRegionSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
352                           SmallVectorImpl<unsigned>&);
353   /// Calculate cost of region splitting.
354   unsigned calculateRegionSplitCost(LiveInterval &VirtReg,
355                                     AllocationOrder &Order,
356                                     BlockFrequency &BestCost,
357                                     unsigned &NumCands, bool IgnoreCSR);
358   /// Perform region splitting.
359   unsigned doRegionSplit(LiveInterval &VirtReg, unsigned BestCand,
360                          bool HasCompact,
361                          SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs);
362   /// Check other options before using a callee-saved register for the first
363   /// time.
364   unsigned tryAssignCSRFirstTime(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
365                                  unsigned PhysReg, unsigned &CostPerUseLimit,
366                                  SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs);
367   void initializeCSRCost();
368   unsigned tryBlockSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
369                          SmallVectorImpl<unsigned>&);
370   unsigned tryInstructionSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
371                                SmallVectorImpl<unsigned>&);
372   unsigned tryLocalSplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
373     SmallVectorImpl<unsigned>&);
374   unsigned trySplit(LiveInterval&, AllocationOrder&,
375                     SmallVectorImpl<unsigned>&);
376   unsigned tryLastChanceRecoloring(LiveInterval &, AllocationOrder &,
377                                    SmallVectorImpl<unsigned> &,
378                                    SmallVirtRegSet &, unsigned);
379   bool tryRecoloringCandidates(PQueue &, SmallVectorImpl<unsigned> &,
380                                SmallVirtRegSet &, unsigned);
381 };
382 } // end anonymous namespace
383
384 char RAGreedy::ID = 0;
385
386 #ifndef NDEBUG
387 const char *const RAGreedy::StageName[] = {
388     "RS_New",
389     "RS_Assign",
390     "RS_Split",
391     "RS_Split2",
392     "RS_Spill",
393     "RS_Done"
394 };
395 #endif
396
397 // Hysteresis to use when comparing floats.
398 // This helps stabilize decisions based on float comparisons.
399 const float Hysteresis = (2007 / 2048.0f); // 0.97998046875
400
401
402 FunctionPass* llvm::createGreedyRegisterAllocator() {
403   return new RAGreedy();
404 }
405
406 RAGreedy::RAGreedy(): MachineFunctionPass(ID) {
407   initializeLiveDebugVariablesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
408   initializeSlotIndexesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
409   initializeLiveIntervalsPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
410   initializeSlotIndexesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
411   initializeRegisterCoalescerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
412   initializeMachineSchedulerPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
413   initializeLiveStacksPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
414   initializeMachineDominatorTreePass(*PassRegistry::getPassRegistry());
415   initializeMachineLoopInfoPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
416   initializeVirtRegMapPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
417   initializeLiveRegMatrixPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
418   initializeEdgeBundlesPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
419   initializeSpillPlacementPass(*PassRegistry::getPassRegistry());
420 }
421
422 void RAGreedy::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
423   AU.setPreservesCFG();
424   AU.addRequired<MachineBlockFrequencyInfo>();
425   AU.addPreserved<MachineBlockFrequencyInfo>();
426   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
427   AU.addPreserved<AliasAnalysis>();
428   AU.addRequired<LiveIntervals>();
429   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
430   AU.addRequired<SlotIndexes>();
431   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
432   AU.addRequired<LiveDebugVariables>();
433   AU.addPreserved<LiveDebugVariables>();
434   AU.addRequired<LiveStacks>();
435   AU.addPreserved<LiveStacks>();
436   AU.addRequired<MachineDominatorTree>();
437   AU.addPreserved<MachineDominatorTree>();
438   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
439   AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
440   AU.addRequired<VirtRegMap>();
441   AU.addPreserved<VirtRegMap>();
442   AU.addRequired<LiveRegMatrix>();
443   AU.addPreserved<LiveRegMatrix>();
444   AU.addRequired<EdgeBundles>();
445   AU.addRequired<SpillPlacement>();
446   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
447 }
448
449
450 //===----------------------------------------------------------------------===//
451 //                     LiveRangeEdit delegate methods
452 //===----------------------------------------------------------------------===//
453
454 bool RAGreedy::LRE_CanEraseVirtReg(unsigned VirtReg) {
455   if (VRM->hasPhys(VirtReg)) {
456     Matrix->unassign(LIS->getInterval(VirtReg));
457     return true;
458   }
459   // Unassigned virtreg is probably in the priority queue.
460   // RegAllocBase will erase it after dequeueing.
461   return false;
462 }
463
464 void RAGreedy::LRE_WillShrinkVirtReg(unsigned VirtReg) {
465   if (!VRM->hasPhys(VirtReg))
466     return;
467
468   // Register is assigned, put it back on the queue for reassignment.
469   LiveInterval &LI = LIS->getInterval(VirtReg);
470   Matrix->unassign(LI);
471   enqueue(&LI);
472 }
473
474 void RAGreedy::LRE_DidCloneVirtReg(unsigned New, unsigned Old) {
475   // Cloning a register we haven't even heard about yet?  Just ignore it.
476   if (!ExtraRegInfo.inBounds(Old))
477     return;
478
479   // LRE may clone a virtual register because dead code elimination causes it to
480   // be split into connected components. The new components are much smaller
481   // than the original, so they should get a new chance at being assigned.
482   // same stage as the parent.
483   ExtraRegInfo[Old].Stage = RS_Assign;
484   ExtraRegInfo.grow(New);
485   ExtraRegInfo[New] = ExtraRegInfo[Old];
486 }
487
488 void RAGreedy::releaseMemory() {
489   SpillerInstance.reset();
490   ExtraRegInfo.clear();
491   GlobalCand.clear();
492 }
493
494 void RAGreedy::enqueue(LiveInterval *LI) { enqueue(Queue, LI); }
495
496 void RAGreedy::enqueue(PQueue &CurQueue, LiveInterval *LI) {
497   // Prioritize live ranges by size, assigning larger ranges first.
498   // The queue holds (size, reg) pairs.
499   const unsigned Size = LI->getSize();
500   const unsigned Reg = LI->reg;
501   assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
502          "Can only enqueue virtual registers");
503   unsigned Prio;
504
505   ExtraRegInfo.grow(Reg);
506   if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_New)
507     ExtraRegInfo[Reg].Stage = RS_Assign;
508
509   if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_Split) {
510     // Unsplit ranges that couldn't be allocated immediately are deferred until
511     // everything else has been allocated.
512     Prio = Size;
513   } else {
514     // Giant live ranges fall back to the global assignment heuristic, which
515     // prevents excessive spilling in pathological cases.
516     bool ReverseLocal = TRI->reverseLocalAssignment();
517     bool ForceGlobal = !ReverseLocal &&
518       (Size / SlotIndex::InstrDist) > (2 * MRI->getRegClass(Reg)->getNumRegs());
519
520     if (ExtraRegInfo[Reg].Stage == RS_Assign && !ForceGlobal && !LI->empty() &&
521         LIS->intervalIsInOneMBB(*LI)) {
522       // Allocate original local ranges in linear instruction order. Since they
523       // are singly defined, this produces optimal coloring in the absence of
524       // global interference and other constraints.
525       if (!ReverseLocal)
526         Prio = LI->beginIndex().getInstrDistance(Indexes->getLastIndex());
527       else {
528         // Allocating bottom up may allow many short LRGs to be assigned first
529         // to one of the cheap registers. This could be much faster for very
530         // large blocks on targets with many physical registers.
531         Prio = Indexes->getZeroIndex().getInstrDistance(LI->beginIndex());
532       }
533     }
534     else {
535       // Allocate global and split ranges in long->short order. Long ranges that
536       // don't fit should be spilled (or split) ASAP so they don't create
537       // interference.  Mark a bit to prioritize global above local ranges.
538       Prio = (1u << 29) + Size;
539     }
540     // Mark a higher bit to prioritize global and local above RS_Split.
541     Prio |= (1u << 31);
542
543     // Boost ranges that have a physical register hint.
544     if (VRM->hasKnownPreference(Reg))
545       Prio |= (1u << 30);
546   }
547   // The virtual register number is a tie breaker for same-sized ranges.
548   // Give lower vreg numbers higher priority to assign them first.
549   CurQueue.push(std::make_pair(Prio, ~Reg));
550 }
551
552 LiveInterval *RAGreedy::dequeue() { return dequeue(Queue); }
553
554 LiveInterval *RAGreedy::dequeue(PQueue &CurQueue) {
555   if (CurQueue.empty())
556     return nullptr;
557   LiveInterval *LI = &LIS->getInterval(~CurQueue.top().second);
558   CurQueue.pop();
559   return LI;
560 }
561
562
563 //===----------------------------------------------------------------------===//
564 //                            Direct Assignment
565 //===----------------------------------------------------------------------===//
566
567 /// tryAssign - Try to assign VirtReg to an available register.
568 unsigned RAGreedy::tryAssign(LiveInterval &VirtReg,
569                              AllocationOrder &Order,
570                              SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
571   Order.rewind();
572   unsigned PhysReg;
573   while ((PhysReg = Order.next()))
574     if (!Matrix->checkInterference(VirtReg, PhysReg))
575       break;
576   if (!PhysReg || Order.isHint())
577     return PhysReg;
578
579   // PhysReg is available, but there may be a better choice.
580
581   // If we missed a simple hint, try to cheaply evict interference from the
582   // preferred register.
583   if (unsigned Hint = MRI->getSimpleHint(VirtReg.reg))
584     if (Order.isHint(Hint)) {
585       DEBUG(dbgs() << "missed hint " << PrintReg(Hint, TRI) << '\n');
586       EvictionCost MaxCost;
587       MaxCost.setBrokenHints(1);
588       if (canEvictInterference(VirtReg, Hint, true, MaxCost)) {
589         evictInterference(VirtReg, Hint, NewVRegs);
590         return Hint;
591       }
592     }
593
594   // Try to evict interference from a cheaper alternative.
595   unsigned Cost = TRI->getCostPerUse(PhysReg);
596
597   // Most registers have 0 additional cost.
598   if (!Cost)
599     return PhysReg;
600
601   DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << " is available at cost " << Cost
602                << '\n');
603   unsigned CheapReg = tryEvict(VirtReg, Order, NewVRegs, Cost);
604   return CheapReg ? CheapReg : PhysReg;
605 }
606
607
608 //===----------------------------------------------------------------------===//
609 //                         Interference eviction
610 //===----------------------------------------------------------------------===//
611
612 unsigned RAGreedy::canReassign(LiveInterval &VirtReg, unsigned PrevReg) {
613   AllocationOrder Order(VirtReg.reg, *VRM, RegClassInfo);
614   unsigned PhysReg;
615   while ((PhysReg = Order.next())) {
616     if (PhysReg == PrevReg)
617       continue;
618
619     MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI);
620     for (; Units.isValid(); ++Units) {
621       // Instantiate a "subquery", not to be confused with the Queries array.
622       LiveIntervalUnion::Query subQ(&VirtReg, &Matrix->getLiveUnions()[*Units]);
623       if (subQ.checkInterference())
624         break;
625     }
626     // If no units have interference, break out with the current PhysReg.
627     if (!Units.isValid())
628       break;
629   }
630   if (PhysReg)
631     DEBUG(dbgs() << "can reassign: " << VirtReg << " from "
632           << PrintReg(PrevReg, TRI) << " to " << PrintReg(PhysReg, TRI)
633           << '\n');
634   return PhysReg;
635 }
636
637 /// shouldEvict - determine if A should evict the assigned live range B. The
638 /// eviction policy defined by this function together with the allocation order
639 /// defined by enqueue() decides which registers ultimately end up being split
640 /// and spilled.
641 ///
642 /// Cascade numbers are used to prevent infinite loops if this function is a
643 /// cyclic relation.
644 ///
645 /// @param A          The live range to be assigned.
646 /// @param IsHint     True when A is about to be assigned to its preferred
647 ///                   register.
648 /// @param B          The live range to be evicted.
649 /// @param BreaksHint True when B is already assigned to its preferred register.
650 bool RAGreedy::shouldEvict(LiveInterval &A, bool IsHint,
651                            LiveInterval &B, bool BreaksHint) {
652   bool CanSplit = getStage(B) < RS_Spill;
653
654   // Be fairly aggressive about following hints as long as the evictee can be
655   // split.
656   if (CanSplit && IsHint && !BreaksHint)
657     return true;
658
659   if (A.weight > B.weight) {
660     DEBUG(dbgs() << "should evict: " << B << " w= " << B.weight << '\n');
661     return true;
662   }
663   return false;
664 }
665
666 /// canEvictInterference - Return true if all interferences between VirtReg and
667 /// PhysReg can be evicted.
668 ///
669 /// @param VirtReg Live range that is about to be assigned.
670 /// @param PhysReg Desired register for assignment.
671 /// @param IsHint  True when PhysReg is VirtReg's preferred register.
672 /// @param MaxCost Only look for cheaper candidates and update with new cost
673 ///                when returning true.
674 /// @returns True when interference can be evicted cheaper than MaxCost.
675 bool RAGreedy::canEvictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
676                                     bool IsHint, EvictionCost &MaxCost) {
677   // It is only possible to evict virtual register interference.
678   if (Matrix->checkInterference(VirtReg, PhysReg) > LiveRegMatrix::IK_VirtReg)
679     return false;
680
681   bool IsLocal = LIS->intervalIsInOneMBB(VirtReg);
682
683   // Find VirtReg's cascade number. This will be unassigned if VirtReg was never
684   // involved in an eviction before. If a cascade number was assigned, deny
685   // evicting anything with the same or a newer cascade number. This prevents
686   // infinite eviction loops.
687   //
688   // This works out so a register without a cascade number is allowed to evict
689   // anything, and it can be evicted by anything.
690   unsigned Cascade = ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Cascade;
691   if (!Cascade)
692     Cascade = NextCascade;
693
694   EvictionCost Cost;
695   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
696     LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
697     // If there is 10 or more interferences, chances are one is heavier.
698     if (Q.collectInterferingVRegs(10) >= 10)
699       return false;
700
701     // Check if any interfering live range is heavier than MaxWeight.
702     for (unsigned i = Q.interferingVRegs().size(); i; --i) {
703       LiveInterval *Intf = Q.interferingVRegs()[i - 1];
704       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Intf->reg) &&
705              "Only expecting virtual register interference from query");
706       // Never evict spill products. They cannot split or spill.
707       if (getStage(*Intf) == RS_Done)
708         return false;
709       // Once a live range becomes small enough, it is urgent that we find a
710       // register for it. This is indicated by an infinite spill weight. These
711       // urgent live ranges get to evict almost anything.
712       //
713       // Also allow urgent evictions of unspillable ranges from a strictly
714       // larger allocation order.
715       bool Urgent = !VirtReg.isSpillable() &&
716         (Intf->isSpillable() ||
717          RegClassInfo.getNumAllocatableRegs(MRI->getRegClass(VirtReg.reg)) <
718          RegClassInfo.getNumAllocatableRegs(MRI->getRegClass(Intf->reg)));
719       // Only evict older cascades or live ranges without a cascade.
720       unsigned IntfCascade = ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade;
721       if (Cascade <= IntfCascade) {
722         if (!Urgent)
723           return false;
724         // We permit breaking cascades for urgent evictions. It should be the
725         // last resort, though, so make it really expensive.
726         Cost.BrokenHints += 10;
727       }
728       // Would this break a satisfied hint?
729       bool BreaksHint = VRM->hasPreferredPhys(Intf->reg);
730       // Update eviction cost.
731       Cost.BrokenHints += BreaksHint;
732       Cost.MaxWeight = std::max(Cost.MaxWeight, Intf->weight);
733       // Abort if this would be too expensive.
734       if (!(Cost < MaxCost))
735         return false;
736       if (Urgent)
737         continue;
738       // Apply the eviction policy for non-urgent evictions.
739       if (!shouldEvict(VirtReg, IsHint, *Intf, BreaksHint))
740         return false;
741       // If !MaxCost.isMax(), then we're just looking for a cheap register.
742       // Evicting another local live range in this case could lead to suboptimal
743       // coloring.
744       if (!MaxCost.isMax() && IsLocal && LIS->intervalIsInOneMBB(*Intf) &&
745           (!EnableLocalReassign || !canReassign(*Intf, PhysReg))) {
746         return false;
747       }
748     }
749   }
750   MaxCost = Cost;
751   return true;
752 }
753
754 /// evictInterference - Evict any interferring registers that prevent VirtReg
755 /// from being assigned to Physreg. This assumes that canEvictInterference
756 /// returned true.
757 void RAGreedy::evictInterference(LiveInterval &VirtReg, unsigned PhysReg,
758                                  SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
759   // Make sure that VirtReg has a cascade number, and assign that cascade
760   // number to every evicted register. These live ranges than then only be
761   // evicted by a newer cascade, preventing infinite loops.
762   unsigned Cascade = ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Cascade;
763   if (!Cascade)
764     Cascade = ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Cascade = NextCascade++;
765
766   DEBUG(dbgs() << "evicting " << PrintReg(PhysReg, TRI)
767                << " interference: Cascade " << Cascade << '\n');
768
769   // Collect all interfering virtregs first.
770   SmallVector<LiveInterval*, 8> Intfs;
771   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
772     LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
773     assert(Q.seenAllInterferences() && "Didn't check all interfererences.");
774     ArrayRef<LiveInterval*> IVR = Q.interferingVRegs();
775     Intfs.append(IVR.begin(), IVR.end());
776   }
777
778   // Evict them second. This will invalidate the queries.
779   for (unsigned i = 0, e = Intfs.size(); i != e; ++i) {
780     LiveInterval *Intf = Intfs[i];
781     // The same VirtReg may be present in multiple RegUnits. Skip duplicates.
782     if (!VRM->hasPhys(Intf->reg))
783       continue;
784     Matrix->unassign(*Intf);
785     assert((ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade < Cascade ||
786             VirtReg.isSpillable() < Intf->isSpillable()) &&
787            "Cannot decrease cascade number, illegal eviction");
788     ExtraRegInfo[Intf->reg].Cascade = Cascade;
789     ++NumEvicted;
790     NewVRegs.push_back(Intf->reg);
791   }
792 }
793
794 /// tryEvict - Try to evict all interferences for a physreg.
795 /// @param  VirtReg Currently unassigned virtual register.
796 /// @param  Order   Physregs to try.
797 /// @return         Physreg to assign VirtReg, or 0.
798 unsigned RAGreedy::tryEvict(LiveInterval &VirtReg,
799                             AllocationOrder &Order,
800                             SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs,
801                             unsigned CostPerUseLimit) {
802   NamedRegionTimer T("Evict", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
803
804   // Keep track of the cheapest interference seen so far.
805   EvictionCost BestCost;
806   BestCost.setMax();
807   unsigned BestPhys = 0;
808   unsigned OrderLimit = Order.getOrder().size();
809
810   // When we are just looking for a reduced cost per use, don't break any
811   // hints, and only evict smaller spill weights.
812   if (CostPerUseLimit < ~0u) {
813     BestCost.BrokenHints = 0;
814     BestCost.MaxWeight = VirtReg.weight;
815
816     // Check of any registers in RC are below CostPerUseLimit.
817     const TargetRegisterClass *RC = MRI->getRegClass(VirtReg.reg);
818     unsigned MinCost = RegClassInfo.getMinCost(RC);
819     if (MinCost >= CostPerUseLimit) {
820       DEBUG(dbgs() << TRI->getRegClassName(RC) << " minimum cost = " << MinCost
821                    << ", no cheaper registers to be found.\n");
822       return 0;
823     }
824
825     // It is normal for register classes to have a long tail of registers with
826     // the same cost. We don't need to look at them if they're too expensive.
827     if (TRI->getCostPerUse(Order.getOrder().back()) >= CostPerUseLimit) {
828       OrderLimit = RegClassInfo.getLastCostChange(RC);
829       DEBUG(dbgs() << "Only trying the first " << OrderLimit << " regs.\n");
830     }
831   }
832
833   Order.rewind();
834   while (unsigned PhysReg = Order.next(OrderLimit)) {
835     if (TRI->getCostPerUse(PhysReg) >= CostPerUseLimit)
836       continue;
837     // The first use of a callee-saved register in a function has cost 1.
838     // Don't start using a CSR when the CostPerUseLimit is low.
839     if (CostPerUseLimit == 1)
840      if (unsigned CSR = RegClassInfo.getLastCalleeSavedAlias(PhysReg))
841        if (!MRI->isPhysRegUsed(CSR)) {
842          DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << " would clobber CSR "
843                       << PrintReg(CSR, TRI) << '\n');
844          continue;
845        }
846
847     if (!canEvictInterference(VirtReg, PhysReg, false, BestCost))
848       continue;
849
850     // Best so far.
851     BestPhys = PhysReg;
852
853     // Stop if the hint can be used.
854     if (Order.isHint())
855       break;
856   }
857
858   if (!BestPhys)
859     return 0;
860
861   evictInterference(VirtReg, BestPhys, NewVRegs);
862   return BestPhys;
863 }
864
865
866 //===----------------------------------------------------------------------===//
867 //                              Region Splitting
868 //===----------------------------------------------------------------------===//
869
870 /// addSplitConstraints - Fill out the SplitConstraints vector based on the
871 /// interference pattern in Physreg and its aliases. Add the constraints to
872 /// SpillPlacement and return the static cost of this split in Cost, assuming
873 /// that all preferences in SplitConstraints are met.
874 /// Return false if there are no bundles with positive bias.
875 bool RAGreedy::addSplitConstraints(InterferenceCache::Cursor Intf,
876                                    BlockFrequency &Cost) {
877   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
878
879   // Reset interference dependent info.
880   SplitConstraints.resize(UseBlocks.size());
881   BlockFrequency StaticCost = 0;
882   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
883     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
884     SpillPlacement::BlockConstraint &BC = SplitConstraints[i];
885
886     BC.Number = BI.MBB->getNumber();
887     Intf.moveToBlock(BC.Number);
888     BC.Entry = BI.LiveIn ? SpillPlacement::PrefReg : SpillPlacement::DontCare;
889     BC.Exit = BI.LiveOut ? SpillPlacement::PrefReg : SpillPlacement::DontCare;
890     BC.ChangesValue = BI.FirstDef.isValid();
891
892     if (!Intf.hasInterference())
893       continue;
894
895     // Number of spill code instructions to insert.
896     unsigned Ins = 0;
897
898     // Interference for the live-in value.
899     if (BI.LiveIn) {
900       if (Intf.first() <= Indexes->getMBBStartIdx(BC.Number))
901         BC.Entry = SpillPlacement::MustSpill, ++Ins;
902       else if (Intf.first() < BI.FirstInstr)
903         BC.Entry = SpillPlacement::PrefSpill, ++Ins;
904       else if (Intf.first() < BI.LastInstr)
905         ++Ins;
906     }
907
908     // Interference for the live-out value.
909     if (BI.LiveOut) {
910       if (Intf.last() >= SA->getLastSplitPoint(BC.Number))
911         BC.Exit = SpillPlacement::MustSpill, ++Ins;
912       else if (Intf.last() > BI.LastInstr)
913         BC.Exit = SpillPlacement::PrefSpill, ++Ins;
914       else if (Intf.last() > BI.FirstInstr)
915         ++Ins;
916     }
917
918     // Accumulate the total frequency of inserted spill code.
919     while (Ins--)
920       StaticCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
921   }
922   Cost = StaticCost;
923
924   // Add constraints for use-blocks. Note that these are the only constraints
925   // that may add a positive bias, it is downhill from here.
926   SpillPlacer->addConstraints(SplitConstraints);
927   return SpillPlacer->scanActiveBundles();
928 }
929
930
931 /// addThroughConstraints - Add constraints and links to SpillPlacer from the
932 /// live-through blocks in Blocks.
933 void RAGreedy::addThroughConstraints(InterferenceCache::Cursor Intf,
934                                      ArrayRef<unsigned> Blocks) {
935   const unsigned GroupSize = 8;
936   SpillPlacement::BlockConstraint BCS[GroupSize];
937   unsigned TBS[GroupSize];
938   unsigned B = 0, T = 0;
939
940   for (unsigned i = 0; i != Blocks.size(); ++i) {
941     unsigned Number = Blocks[i];
942     Intf.moveToBlock(Number);
943
944     if (!Intf.hasInterference()) {
945       assert(T < GroupSize && "Array overflow");
946       TBS[T] = Number;
947       if (++T == GroupSize) {
948         SpillPlacer->addLinks(makeArrayRef(TBS, T));
949         T = 0;
950       }
951       continue;
952     }
953
954     assert(B < GroupSize && "Array overflow");
955     BCS[B].Number = Number;
956
957     // Interference for the live-in value.
958     if (Intf.first() <= Indexes->getMBBStartIdx(Number))
959       BCS[B].Entry = SpillPlacement::MustSpill;
960     else
961       BCS[B].Entry = SpillPlacement::PrefSpill;
962
963     // Interference for the live-out value.
964     if (Intf.last() >= SA->getLastSplitPoint(Number))
965       BCS[B].Exit = SpillPlacement::MustSpill;
966     else
967       BCS[B].Exit = SpillPlacement::PrefSpill;
968
969     if (++B == GroupSize) {
970       SpillPlacer->addConstraints(makeArrayRef(BCS, B));
971       B = 0;
972     }
973   }
974
975   SpillPlacer->addConstraints(makeArrayRef(BCS, B));
976   SpillPlacer->addLinks(makeArrayRef(TBS, T));
977 }
978
979 void RAGreedy::growRegion(GlobalSplitCandidate &Cand) {
980   // Keep track of through blocks that have not been added to SpillPlacer.
981   BitVector Todo = SA->getThroughBlocks();
982   SmallVectorImpl<unsigned> &ActiveBlocks = Cand.ActiveBlocks;
983   unsigned AddedTo = 0;
984 #ifndef NDEBUG
985   unsigned Visited = 0;
986 #endif
987
988   for (;;) {
989     ArrayRef<unsigned> NewBundles = SpillPlacer->getRecentPositive();
990     // Find new through blocks in the periphery of PrefRegBundles.
991     for (int i = 0, e = NewBundles.size(); i != e; ++i) {
992       unsigned Bundle = NewBundles[i];
993       // Look at all blocks connected to Bundle in the full graph.
994       ArrayRef<unsigned> Blocks = Bundles->getBlocks(Bundle);
995       for (ArrayRef<unsigned>::iterator I = Blocks.begin(), E = Blocks.end();
996            I != E; ++I) {
997         unsigned Block = *I;
998         if (!Todo.test(Block))
999           continue;
1000         Todo.reset(Block);
1001         // This is a new through block. Add it to SpillPlacer later.
1002         ActiveBlocks.push_back(Block);
1003 #ifndef NDEBUG
1004         ++Visited;
1005 #endif
1006       }
1007     }
1008     // Any new blocks to add?
1009     if (ActiveBlocks.size() == AddedTo)
1010       break;
1011
1012     // Compute through constraints from the interference, or assume that all
1013     // through blocks prefer spilling when forming compact regions.
1014     auto NewBlocks = makeArrayRef(ActiveBlocks).slice(AddedTo);
1015     if (Cand.PhysReg)
1016       addThroughConstraints(Cand.Intf, NewBlocks);
1017     else
1018       // Provide a strong negative bias on through blocks to prevent unwanted
1019       // liveness on loop backedges.
1020       SpillPlacer->addPrefSpill(NewBlocks, /* Strong= */ true);
1021     AddedTo = ActiveBlocks.size();
1022
1023     // Perhaps iterating can enable more bundles?
1024     SpillPlacer->iterate();
1025   }
1026   DEBUG(dbgs() << ", v=" << Visited);
1027 }
1028
1029 /// calcCompactRegion - Compute the set of edge bundles that should be live
1030 /// when splitting the current live range into compact regions.  Compact
1031 /// regions can be computed without looking at interference.  They are the
1032 /// regions formed by removing all the live-through blocks from the live range.
1033 ///
1034 /// Returns false if the current live range is already compact, or if the
1035 /// compact regions would form single block regions anyway.
1036 bool RAGreedy::calcCompactRegion(GlobalSplitCandidate &Cand) {
1037   // Without any through blocks, the live range is already compact.
1038   if (!SA->getNumThroughBlocks())
1039     return false;
1040
1041   // Compact regions don't correspond to any physreg.
1042   Cand.reset(IntfCache, 0);
1043
1044   DEBUG(dbgs() << "Compact region bundles");
1045
1046   // Use the spill placer to determine the live bundles. GrowRegion pretends
1047   // that all the through blocks have interference when PhysReg is unset.
1048   SpillPlacer->prepare(Cand.LiveBundles);
1049
1050   // The static split cost will be zero since Cand.Intf reports no interference.
1051   BlockFrequency Cost;
1052   if (!addSplitConstraints(Cand.Intf, Cost)) {
1053     DEBUG(dbgs() << ", none.\n");
1054     return false;
1055   }
1056
1057   growRegion(Cand);
1058   SpillPlacer->finish();
1059
1060   if (!Cand.LiveBundles.any()) {
1061     DEBUG(dbgs() << ", none.\n");
1062     return false;
1063   }
1064
1065   DEBUG({
1066     for (int i = Cand.LiveBundles.find_first(); i>=0;
1067          i = Cand.LiveBundles.find_next(i))
1068     dbgs() << " EB#" << i;
1069     dbgs() << ".\n";
1070   });
1071   return true;
1072 }
1073
1074 /// calcSpillCost - Compute how expensive it would be to split the live range in
1075 /// SA around all use blocks instead of forming bundle regions.
1076 BlockFrequency RAGreedy::calcSpillCost() {
1077   BlockFrequency Cost = 0;
1078   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
1079   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
1080     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
1081     unsigned Number = BI.MBB->getNumber();
1082     // We normally only need one spill instruction - a load or a store.
1083     Cost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
1084
1085     // Unless the value is redefined in the block.
1086     if (BI.LiveIn && BI.LiveOut && BI.FirstDef)
1087       Cost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
1088   }
1089   return Cost;
1090 }
1091
1092 /// calcGlobalSplitCost - Return the global split cost of following the split
1093 /// pattern in LiveBundles. This cost should be added to the local cost of the
1094 /// interference pattern in SplitConstraints.
1095 ///
1096 BlockFrequency RAGreedy::calcGlobalSplitCost(GlobalSplitCandidate &Cand) {
1097   BlockFrequency GlobalCost = 0;
1098   const BitVector &LiveBundles = Cand.LiveBundles;
1099   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
1100   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
1101     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
1102     SpillPlacement::BlockConstraint &BC = SplitConstraints[i];
1103     bool RegIn  = LiveBundles[Bundles->getBundle(BC.Number, 0)];
1104     bool RegOut = LiveBundles[Bundles->getBundle(BC.Number, 1)];
1105     unsigned Ins = 0;
1106
1107     if (BI.LiveIn)
1108       Ins += RegIn != (BC.Entry == SpillPlacement::PrefReg);
1109     if (BI.LiveOut)
1110       Ins += RegOut != (BC.Exit == SpillPlacement::PrefReg);
1111     while (Ins--)
1112       GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(BC.Number);
1113   }
1114
1115   for (unsigned i = 0, e = Cand.ActiveBlocks.size(); i != e; ++i) {
1116     unsigned Number = Cand.ActiveBlocks[i];
1117     bool RegIn  = LiveBundles[Bundles->getBundle(Number, 0)];
1118     bool RegOut = LiveBundles[Bundles->getBundle(Number, 1)];
1119     if (!RegIn && !RegOut)
1120       continue;
1121     if (RegIn && RegOut) {
1122       // We need double spill code if this block has interference.
1123       Cand.Intf.moveToBlock(Number);
1124       if (Cand.Intf.hasInterference()) {
1125         GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
1126         GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
1127       }
1128       continue;
1129     }
1130     // live-in / stack-out or stack-in live-out.
1131     GlobalCost += SpillPlacer->getBlockFrequency(Number);
1132   }
1133   return GlobalCost;
1134 }
1135
1136 /// splitAroundRegion - Split the current live range around the regions
1137 /// determined by BundleCand and GlobalCand.
1138 ///
1139 /// Before calling this function, GlobalCand and BundleCand must be initialized
1140 /// so each bundle is assigned to a valid candidate, or NoCand for the
1141 /// stack-bound bundles.  The shared SA/SE SplitAnalysis and SplitEditor
1142 /// objects must be initialized for the current live range, and intervals
1143 /// created for the used candidates.
1144 ///
1145 /// @param LREdit    The LiveRangeEdit object handling the current split.
1146 /// @param UsedCands List of used GlobalCand entries. Every BundleCand value
1147 ///                  must appear in this list.
1148 void RAGreedy::splitAroundRegion(LiveRangeEdit &LREdit,
1149                                  ArrayRef<unsigned> UsedCands) {
1150   // These are the intervals created for new global ranges. We may create more
1151   // intervals for local ranges.
1152   const unsigned NumGlobalIntvs = LREdit.size();
1153   DEBUG(dbgs() << "splitAroundRegion with " << NumGlobalIntvs << " globals.\n");
1154   assert(NumGlobalIntvs && "No global intervals configured");
1155
1156   // Isolate even single instructions when dealing with a proper sub-class.
1157   // That guarantees register class inflation for the stack interval because it
1158   // is all copies.
1159   unsigned Reg = SA->getParent().reg;
1160   bool SingleInstrs = RegClassInfo.isProperSubClass(MRI->getRegClass(Reg));
1161
1162   // First handle all the blocks with uses.
1163   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
1164   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
1165     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
1166     unsigned Number = BI.MBB->getNumber();
1167     unsigned IntvIn = 0, IntvOut = 0;
1168     SlotIndex IntfIn, IntfOut;
1169     if (BI.LiveIn) {
1170       unsigned CandIn = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, 0)];
1171       if (CandIn != NoCand) {
1172         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandIn];
1173         IntvIn = Cand.IntvIdx;
1174         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
1175         IntfIn = Cand.Intf.first();
1176       }
1177     }
1178     if (BI.LiveOut) {
1179       unsigned CandOut = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, 1)];
1180       if (CandOut != NoCand) {
1181         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandOut];
1182         IntvOut = Cand.IntvIdx;
1183         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
1184         IntfOut = Cand.Intf.last();
1185       }
1186     }
1187
1188     // Create separate intervals for isolated blocks with multiple uses.
1189     if (!IntvIn && !IntvOut) {
1190       DEBUG(dbgs() << "BB#" << BI.MBB->getNumber() << " isolated.\n");
1191       if (SA->shouldSplitSingleBlock(BI, SingleInstrs))
1192         SE->splitSingleBlock(BI);
1193       continue;
1194     }
1195
1196     if (IntvIn && IntvOut)
1197       SE->splitLiveThroughBlock(Number, IntvIn, IntfIn, IntvOut, IntfOut);
1198     else if (IntvIn)
1199       SE->splitRegInBlock(BI, IntvIn, IntfIn);
1200     else
1201       SE->splitRegOutBlock(BI, IntvOut, IntfOut);
1202   }
1203
1204   // Handle live-through blocks. The relevant live-through blocks are stored in
1205   // the ActiveBlocks list with each candidate. We need to filter out
1206   // duplicates.
1207   BitVector Todo = SA->getThroughBlocks();
1208   for (unsigned c = 0; c != UsedCands.size(); ++c) {
1209     ArrayRef<unsigned> Blocks = GlobalCand[UsedCands[c]].ActiveBlocks;
1210     for (unsigned i = 0, e = Blocks.size(); i != e; ++i) {
1211       unsigned Number = Blocks[i];
1212       if (!Todo.test(Number))
1213         continue;
1214       Todo.reset(Number);
1215
1216       unsigned IntvIn = 0, IntvOut = 0;
1217       SlotIndex IntfIn, IntfOut;
1218
1219       unsigned CandIn = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, 0)];
1220       if (CandIn != NoCand) {
1221         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandIn];
1222         IntvIn = Cand.IntvIdx;
1223         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
1224         IntfIn = Cand.Intf.first();
1225       }
1226
1227       unsigned CandOut = BundleCand[Bundles->getBundle(Number, 1)];
1228       if (CandOut != NoCand) {
1229         GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[CandOut];
1230         IntvOut = Cand.IntvIdx;
1231         Cand.Intf.moveToBlock(Number);
1232         IntfOut = Cand.Intf.last();
1233       }
1234       if (!IntvIn && !IntvOut)
1235         continue;
1236       SE->splitLiveThroughBlock(Number, IntvIn, IntfIn, IntvOut, IntfOut);
1237     }
1238   }
1239
1240   ++NumGlobalSplits;
1241
1242   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
1243   SE->finish(&IntvMap);
1244   DebugVars->splitRegister(Reg, LREdit.regs(), *LIS);
1245
1246   ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
1247   unsigned OrigBlocks = SA->getNumLiveBlocks();
1248
1249   // Sort out the new intervals created by splitting. We get four kinds:
1250   // - Remainder intervals should not be split again.
1251   // - Candidate intervals can be assigned to Cand.PhysReg.
1252   // - Block-local splits are candidates for local splitting.
1253   // - DCE leftovers should go back on the queue.
1254   for (unsigned i = 0, e = LREdit.size(); i != e; ++i) {
1255     LiveInterval &Reg = LIS->getInterval(LREdit.get(i));
1256
1257     // Ignore old intervals from DCE.
1258     if (getStage(Reg) != RS_New)
1259       continue;
1260
1261     // Remainder interval. Don't try splitting again, spill if it doesn't
1262     // allocate.
1263     if (IntvMap[i] == 0) {
1264       setStage(Reg, RS_Spill);
1265       continue;
1266     }
1267
1268     // Global intervals. Allow repeated splitting as long as the number of live
1269     // blocks is strictly decreasing.
1270     if (IntvMap[i] < NumGlobalIntvs) {
1271       if (SA->countLiveBlocks(&Reg) >= OrigBlocks) {
1272         DEBUG(dbgs() << "Main interval covers the same " << OrigBlocks
1273                      << " blocks as original.\n");
1274         // Don't allow repeated splitting as a safe guard against looping.
1275         setStage(Reg, RS_Split2);
1276       }
1277       continue;
1278     }
1279
1280     // Other intervals are treated as new. This includes local intervals created
1281     // for blocks with multiple uses, and anything created by DCE.
1282   }
1283
1284   if (VerifyEnabled)
1285     MF->verify(this, "After splitting live range around region");
1286 }
1287
1288 unsigned RAGreedy::tryRegionSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
1289                                   SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
1290   unsigned NumCands = 0;
1291   BlockFrequency BestCost;
1292
1293   // Check if we can split this live range around a compact region.
1294   bool HasCompact = calcCompactRegion(GlobalCand.front());
1295   if (HasCompact) {
1296     // Yes, keep GlobalCand[0] as the compact region candidate.
1297     NumCands = 1;
1298     BestCost = BlockFrequency::getMaxFrequency();
1299   } else {
1300     // No benefit from the compact region, our fallback will be per-block
1301     // splitting. Make sure we find a solution that is cheaper than spilling.
1302     BestCost = calcSpillCost();
1303     DEBUG(dbgs() << "Cost of isolating all blocks = ";
1304                  MBFI->printBlockFreq(dbgs(), BestCost) << '\n');
1305   }
1306
1307   unsigned BestCand =
1308       calculateRegionSplitCost(VirtReg, Order, BestCost, NumCands,
1309                                false/*IgnoreCSR*/);
1310
1311   // No solutions found, fall back to single block splitting.
1312   if (!HasCompact && BestCand == NoCand)
1313     return 0;
1314
1315   return doRegionSplit(VirtReg, BestCand, HasCompact, NewVRegs);
1316 }
1317
1318 unsigned RAGreedy::calculateRegionSplitCost(LiveInterval &VirtReg,
1319                                             AllocationOrder &Order,
1320                                             BlockFrequency &BestCost,
1321                                             unsigned &NumCands,
1322                                             bool IgnoreCSR) {
1323   unsigned BestCand = NoCand;
1324   Order.rewind();
1325   while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
1326    if (unsigned CSR = RegClassInfo.getLastCalleeSavedAlias(PhysReg))
1327      if (IgnoreCSR && !MRI->isPhysRegUsed(CSR))
1328        continue;
1329
1330     // Discard bad candidates before we run out of interference cache cursors.
1331     // This will only affect register classes with a lot of registers (>32).
1332     if (NumCands == IntfCache.getMaxCursors()) {
1333       unsigned WorstCount = ~0u;
1334       unsigned Worst = 0;
1335       for (unsigned i = 0; i != NumCands; ++i) {
1336         if (i == BestCand || !GlobalCand[i].PhysReg)
1337           continue;
1338         unsigned Count = GlobalCand[i].LiveBundles.count();
1339         if (Count < WorstCount)
1340           Worst = i, WorstCount = Count;
1341       }
1342       --NumCands;
1343       GlobalCand[Worst] = GlobalCand[NumCands];
1344       if (BestCand == NumCands)
1345         BestCand = Worst;
1346     }
1347
1348     if (GlobalCand.size() <= NumCands)
1349       GlobalCand.resize(NumCands+1);
1350     GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[NumCands];
1351     Cand.reset(IntfCache, PhysReg);
1352
1353     SpillPlacer->prepare(Cand.LiveBundles);
1354     BlockFrequency Cost;
1355     if (!addSplitConstraints(Cand.Intf, Cost)) {
1356       DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << "\tno positive bundles\n");
1357       continue;
1358     }
1359     DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << "\tstatic = ";
1360                  MBFI->printBlockFreq(dbgs(), Cost));
1361     if (Cost >= BestCost) {
1362       DEBUG({
1363         if (BestCand == NoCand)
1364           dbgs() << " worse than no bundles\n";
1365         else
1366           dbgs() << " worse than "
1367                  << PrintReg(GlobalCand[BestCand].PhysReg, TRI) << '\n';
1368       });
1369       continue;
1370     }
1371     growRegion(Cand);
1372
1373     SpillPlacer->finish();
1374
1375     // No live bundles, defer to splitSingleBlocks().
1376     if (!Cand.LiveBundles.any()) {
1377       DEBUG(dbgs() << " no bundles.\n");
1378       continue;
1379     }
1380
1381     Cost += calcGlobalSplitCost(Cand);
1382     DEBUG({
1383       dbgs() << ", total = "; MBFI->printBlockFreq(dbgs(), Cost)
1384                                 << " with bundles";
1385       for (int i = Cand.LiveBundles.find_first(); i>=0;
1386            i = Cand.LiveBundles.find_next(i))
1387         dbgs() << " EB#" << i;
1388       dbgs() << ".\n";
1389     });
1390     if (Cost < BestCost) {
1391       BestCand = NumCands;
1392       BestCost = Cost;
1393     }
1394     ++NumCands;
1395   }
1396   return BestCand;
1397 }
1398
1399 unsigned RAGreedy::doRegionSplit(LiveInterval &VirtReg, unsigned BestCand,
1400                                  bool HasCompact,
1401                                  SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
1402   SmallVector<unsigned, 8> UsedCands;
1403   // Prepare split editor.
1404   LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this);
1405   SE->reset(LREdit, SplitSpillMode);
1406
1407   // Assign all edge bundles to the preferred candidate, or NoCand.
1408   BundleCand.assign(Bundles->getNumBundles(), NoCand);
1409
1410   // Assign bundles for the best candidate region.
1411   if (BestCand != NoCand) {
1412     GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand[BestCand];
1413     if (unsigned B = Cand.getBundles(BundleCand, BestCand)) {
1414       UsedCands.push_back(BestCand);
1415       Cand.IntvIdx = SE->openIntv();
1416       DEBUG(dbgs() << "Split for " << PrintReg(Cand.PhysReg, TRI) << " in "
1417                    << B << " bundles, intv " << Cand.IntvIdx << ".\n");
1418       (void)B;
1419     }
1420   }
1421
1422   // Assign bundles for the compact region.
1423   if (HasCompact) {
1424     GlobalSplitCandidate &Cand = GlobalCand.front();
1425     assert(!Cand.PhysReg && "Compact region has no physreg");
1426     if (unsigned B = Cand.getBundles(BundleCand, 0)) {
1427       UsedCands.push_back(0);
1428       Cand.IntvIdx = SE->openIntv();
1429       DEBUG(dbgs() << "Split for compact region in " << B << " bundles, intv "
1430                    << Cand.IntvIdx << ".\n");
1431       (void)B;
1432     }
1433   }
1434
1435   splitAroundRegion(LREdit, UsedCands);
1436   return 0;
1437 }
1438
1439
1440 //===----------------------------------------------------------------------===//
1441 //                            Per-Block Splitting
1442 //===----------------------------------------------------------------------===//
1443
1444 /// tryBlockSplit - Split a global live range around every block with uses. This
1445 /// creates a lot of local live ranges, that will be split by tryLocalSplit if
1446 /// they don't allocate.
1447 unsigned RAGreedy::tryBlockSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
1448                                  SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
1449   assert(&SA->getParent() == &VirtReg && "Live range wasn't analyzed");
1450   unsigned Reg = VirtReg.reg;
1451   bool SingleInstrs = RegClassInfo.isProperSubClass(MRI->getRegClass(Reg));
1452   LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this);
1453   SE->reset(LREdit, SplitSpillMode);
1454   ArrayRef<SplitAnalysis::BlockInfo> UseBlocks = SA->getUseBlocks();
1455   for (unsigned i = 0; i != UseBlocks.size(); ++i) {
1456     const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = UseBlocks[i];
1457     if (SA->shouldSplitSingleBlock(BI, SingleInstrs))
1458       SE->splitSingleBlock(BI);
1459   }
1460   // No blocks were split.
1461   if (LREdit.empty())
1462     return 0;
1463
1464   // We did split for some blocks.
1465   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
1466   SE->finish(&IntvMap);
1467
1468   // Tell LiveDebugVariables about the new ranges.
1469   DebugVars->splitRegister(Reg, LREdit.regs(), *LIS);
1470
1471   ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
1472
1473   // Sort out the new intervals created by splitting. The remainder interval
1474   // goes straight to spilling, the new local ranges get to stay RS_New.
1475   for (unsigned i = 0, e = LREdit.size(); i != e; ++i) {
1476     LiveInterval &LI = LIS->getInterval(LREdit.get(i));
1477     if (getStage(LI) == RS_New && IntvMap[i] == 0)
1478       setStage(LI, RS_Spill);
1479   }
1480
1481   if (VerifyEnabled)
1482     MF->verify(this, "After splitting live range around basic blocks");
1483   return 0;
1484 }
1485
1486
1487 //===----------------------------------------------------------------------===//
1488 //                         Per-Instruction Splitting
1489 //===----------------------------------------------------------------------===//
1490
1491 /// Get the number of allocatable registers that match the constraints of \p Reg
1492 /// on \p MI and that are also in \p SuperRC.
1493 static unsigned getNumAllocatableRegsForConstraints(
1494     const MachineInstr *MI, unsigned Reg, const TargetRegisterClass *SuperRC,
1495     const TargetInstrInfo *TII, const TargetRegisterInfo *TRI,
1496     const RegisterClassInfo &RCI) {
1497   assert(SuperRC && "Invalid register class");
1498
1499   const TargetRegisterClass *ConstrainedRC =
1500       MI->getRegClassConstraintEffectForVReg(Reg, SuperRC, TII, TRI,
1501                                              /* ExploreBundle */ true);
1502   if (!ConstrainedRC)
1503     return 0;
1504   return RCI.getNumAllocatableRegs(ConstrainedRC);
1505 }
1506
1507 /// tryInstructionSplit - Split a live range around individual instructions.
1508 /// This is normally not worthwhile since the spiller is doing essentially the
1509 /// same thing. However, when the live range is in a constrained register
1510 /// class, it may help to insert copies such that parts of the live range can
1511 /// be moved to a larger register class.
1512 ///
1513 /// This is similar to spilling to a larger register class.
1514 unsigned
1515 RAGreedy::tryInstructionSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
1516                               SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
1517   const TargetRegisterClass *CurRC = MRI->getRegClass(VirtReg.reg);
1518   // There is no point to this if there are no larger sub-classes.
1519   if (!RegClassInfo.isProperSubClass(CurRC))
1520     return 0;
1521
1522   // Always enable split spill mode, since we're effectively spilling to a
1523   // register.
1524   LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this);
1525   SE->reset(LREdit, SplitEditor::SM_Size);
1526
1527   ArrayRef<SlotIndex> Uses = SA->getUseSlots();
1528   if (Uses.size() <= 1)
1529     return 0;
1530
1531   DEBUG(dbgs() << "Split around " << Uses.size() << " individual instrs.\n");
1532
1533   const TargetRegisterClass *SuperRC = TRI->getLargestLegalSuperClass(CurRC);
1534   unsigned SuperRCNumAllocatableRegs = RCI.getNumAllocatableRegs(SuperRC);
1535   // Split around every non-copy instruction if this split will relax
1536   // the constraints on the virtual register.
1537   // Otherwise, splitting just inserts uncoalescable copies that do not help
1538   // the allocation.
1539   for (unsigned i = 0; i != Uses.size(); ++i) {
1540     if (const MachineInstr *MI = Indexes->getInstructionFromIndex(Uses[i]))
1541       if (MI->isFullCopy() ||
1542           SuperRCNumAllocatableRegs ==
1543               getNumAllocatableRegsForConstraints(MI, VirtReg.reg, SuperRC, TII,
1544                                                   TRI, RCI)) {
1545         DEBUG(dbgs() << "    skip:\t" << Uses[i] << '\t' << *MI);
1546         continue;
1547       }
1548     SE->openIntv();
1549     SlotIndex SegStart = SE->enterIntvBefore(Uses[i]);
1550     SlotIndex SegStop  = SE->leaveIntvAfter(Uses[i]);
1551     SE->useIntv(SegStart, SegStop);
1552   }
1553
1554   if (LREdit.empty()) {
1555     DEBUG(dbgs() << "All uses were copies.\n");
1556     return 0;
1557   }
1558
1559   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
1560   SE->finish(&IntvMap);
1561   DebugVars->splitRegister(VirtReg.reg, LREdit.regs(), *LIS);
1562   ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
1563
1564   // Assign all new registers to RS_Spill. This was the last chance.
1565   setStage(LREdit.begin(), LREdit.end(), RS_Spill);
1566   return 0;
1567 }
1568
1569
1570 //===----------------------------------------------------------------------===//
1571 //                             Local Splitting
1572 //===----------------------------------------------------------------------===//
1573
1574
1575 /// calcGapWeights - Compute the maximum spill weight that needs to be evicted
1576 /// in order to use PhysReg between two entries in SA->UseSlots.
1577 ///
1578 /// GapWeight[i] represents the gap between UseSlots[i] and UseSlots[i+1].
1579 ///
1580 void RAGreedy::calcGapWeights(unsigned PhysReg,
1581                               SmallVectorImpl<float> &GapWeight) {
1582   assert(SA->getUseBlocks().size() == 1 && "Not a local interval");
1583   const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = SA->getUseBlocks().front();
1584   ArrayRef<SlotIndex> Uses = SA->getUseSlots();
1585   const unsigned NumGaps = Uses.size()-1;
1586
1587   // Start and end points for the interference check.
1588   SlotIndex StartIdx =
1589     BI.LiveIn ? BI.FirstInstr.getBaseIndex() : BI.FirstInstr;
1590   SlotIndex StopIdx =
1591     BI.LiveOut ? BI.LastInstr.getBoundaryIndex() : BI.LastInstr;
1592
1593   GapWeight.assign(NumGaps, 0.0f);
1594
1595   // Add interference from each overlapping register.
1596   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
1597     if (!Matrix->query(const_cast<LiveInterval&>(SA->getParent()), *Units)
1598           .checkInterference())
1599       continue;
1600
1601     // We know that VirtReg is a continuous interval from FirstInstr to
1602     // LastInstr, so we don't need InterferenceQuery.
1603     //
1604     // Interference that overlaps an instruction is counted in both gaps
1605     // surrounding the instruction. The exception is interference before
1606     // StartIdx and after StopIdx.
1607     //
1608     LiveIntervalUnion::SegmentIter IntI =
1609       Matrix->getLiveUnions()[*Units] .find(StartIdx);
1610     for (unsigned Gap = 0; IntI.valid() && IntI.start() < StopIdx; ++IntI) {
1611       // Skip the gaps before IntI.
1612       while (Uses[Gap+1].getBoundaryIndex() < IntI.start())
1613         if (++Gap == NumGaps)
1614           break;
1615       if (Gap == NumGaps)
1616         break;
1617
1618       // Update the gaps covered by IntI.
1619       const float weight = IntI.value()->weight;
1620       for (; Gap != NumGaps; ++Gap) {
1621         GapWeight[Gap] = std::max(GapWeight[Gap], weight);
1622         if (Uses[Gap+1].getBaseIndex() >= IntI.stop())
1623           break;
1624       }
1625       if (Gap == NumGaps)
1626         break;
1627     }
1628   }
1629
1630   // Add fixed interference.
1631   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
1632     const LiveRange &LR = LIS->getRegUnit(*Units);
1633     LiveRange::const_iterator I = LR.find(StartIdx);
1634     LiveRange::const_iterator E = LR.end();
1635
1636     // Same loop as above. Mark any overlapped gaps as HUGE_VALF.
1637     for (unsigned Gap = 0; I != E && I->start < StopIdx; ++I) {
1638       while (Uses[Gap+1].getBoundaryIndex() < I->start)
1639         if (++Gap == NumGaps)
1640           break;
1641       if (Gap == NumGaps)
1642         break;
1643
1644       for (; Gap != NumGaps; ++Gap) {
1645         GapWeight[Gap] = llvm::huge_valf;
1646         if (Uses[Gap+1].getBaseIndex() >= I->end)
1647           break;
1648       }
1649       if (Gap == NumGaps)
1650         break;
1651     }
1652   }
1653 }
1654
1655 /// tryLocalSplit - Try to split VirtReg into smaller intervals inside its only
1656 /// basic block.
1657 ///
1658 unsigned RAGreedy::tryLocalSplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
1659                                  SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
1660   assert(SA->getUseBlocks().size() == 1 && "Not a local interval");
1661   const SplitAnalysis::BlockInfo &BI = SA->getUseBlocks().front();
1662
1663   // Note that it is possible to have an interval that is live-in or live-out
1664   // while only covering a single block - A phi-def can use undef values from
1665   // predecessors, and the block could be a single-block loop.
1666   // We don't bother doing anything clever about such a case, we simply assume
1667   // that the interval is continuous from FirstInstr to LastInstr. We should
1668   // make sure that we don't do anything illegal to such an interval, though.
1669
1670   ArrayRef<SlotIndex> Uses = SA->getUseSlots();
1671   if (Uses.size() <= 2)
1672     return 0;
1673   const unsigned NumGaps = Uses.size()-1;
1674
1675   DEBUG({
1676     dbgs() << "tryLocalSplit: ";
1677     for (unsigned i = 0, e = Uses.size(); i != e; ++i)
1678       dbgs() << ' ' << Uses[i];
1679     dbgs() << '\n';
1680   });
1681
1682   // If VirtReg is live across any register mask operands, compute a list of
1683   // gaps with register masks.
1684   SmallVector<unsigned, 8> RegMaskGaps;
1685   if (Matrix->checkRegMaskInterference(VirtReg)) {
1686     // Get regmask slots for the whole block.
1687     ArrayRef<SlotIndex> RMS = LIS->getRegMaskSlotsInBlock(BI.MBB->getNumber());
1688     DEBUG(dbgs() << RMS.size() << " regmasks in block:");
1689     // Constrain to VirtReg's live range.
1690     unsigned ri = std::lower_bound(RMS.begin(), RMS.end(),
1691                                    Uses.front().getRegSlot()) - RMS.begin();
1692     unsigned re = RMS.size();
1693     for (unsigned i = 0; i != NumGaps && ri != re; ++i) {
1694       // Look for Uses[i] <= RMS <= Uses[i+1].
1695       assert(!SlotIndex::isEarlierInstr(RMS[ri], Uses[i]));
1696       if (SlotIndex::isEarlierInstr(Uses[i+1], RMS[ri]))
1697         continue;
1698       // Skip a regmask on the same instruction as the last use. It doesn't
1699       // overlap the live range.
1700       if (SlotIndex::isSameInstr(Uses[i+1], RMS[ri]) && i+1 == NumGaps)
1701         break;
1702       DEBUG(dbgs() << ' ' << RMS[ri] << ':' << Uses[i] << '-' << Uses[i+1]);
1703       RegMaskGaps.push_back(i);
1704       // Advance ri to the next gap. A regmask on one of the uses counts in
1705       // both gaps.
1706       while (ri != re && SlotIndex::isEarlierInstr(RMS[ri], Uses[i+1]))
1707         ++ri;
1708     }
1709     DEBUG(dbgs() << '\n');
1710   }
1711
1712   // Since we allow local split results to be split again, there is a risk of
1713   // creating infinite loops. It is tempting to require that the new live
1714   // ranges have less instructions than the original. That would guarantee
1715   // convergence, but it is too strict. A live range with 3 instructions can be
1716   // split 2+3 (including the COPY), and we want to allow that.
1717   //
1718   // Instead we use these rules:
1719   //
1720   // 1. Allow any split for ranges with getStage() < RS_Split2. (Except for the
1721   //    noop split, of course).
1722   // 2. Require progress be made for ranges with getStage() == RS_Split2. All
1723   //    the new ranges must have fewer instructions than before the split.
1724   // 3. New ranges with the same number of instructions are marked RS_Split2,
1725   //    smaller ranges are marked RS_New.
1726   //
1727   // These rules allow a 3 -> 2+3 split once, which we need. They also prevent
1728   // excessive splitting and infinite loops.
1729   //
1730   bool ProgressRequired = getStage(VirtReg) >= RS_Split2;
1731
1732   // Best split candidate.
1733   unsigned BestBefore = NumGaps;
1734   unsigned BestAfter = 0;
1735   float BestDiff = 0;
1736
1737   const float blockFreq =
1738     SpillPlacer->getBlockFrequency(BI.MBB->getNumber()).getFrequency() *
1739     (1.0f / MBFI->getEntryFreq());
1740   SmallVector<float, 8> GapWeight;
1741
1742   Order.rewind();
1743   while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
1744     // Keep track of the largest spill weight that would need to be evicted in
1745     // order to make use of PhysReg between UseSlots[i] and UseSlots[i+1].
1746     calcGapWeights(PhysReg, GapWeight);
1747
1748     // Remove any gaps with regmask clobbers.
1749     if (Matrix->checkRegMaskInterference(VirtReg, PhysReg))
1750       for (unsigned i = 0, e = RegMaskGaps.size(); i != e; ++i)
1751         GapWeight[RegMaskGaps[i]] = llvm::huge_valf;
1752
1753     // Try to find the best sequence of gaps to close.
1754     // The new spill weight must be larger than any gap interference.
1755
1756     // We will split before Uses[SplitBefore] and after Uses[SplitAfter].
1757     unsigned SplitBefore = 0, SplitAfter = 1;
1758
1759     // MaxGap should always be max(GapWeight[SplitBefore..SplitAfter-1]).
1760     // It is the spill weight that needs to be evicted.
1761     float MaxGap = GapWeight[0];
1762
1763     for (;;) {
1764       // Live before/after split?
1765       const bool LiveBefore = SplitBefore != 0 || BI.LiveIn;
1766       const bool LiveAfter = SplitAfter != NumGaps || BI.LiveOut;
1767
1768       DEBUG(dbgs() << PrintReg(PhysReg, TRI) << ' '
1769                    << Uses[SplitBefore] << '-' << Uses[SplitAfter]
1770                    << " i=" << MaxGap);
1771
1772       // Stop before the interval gets so big we wouldn't be making progress.
1773       if (!LiveBefore && !LiveAfter) {
1774         DEBUG(dbgs() << " all\n");
1775         break;
1776       }
1777       // Should the interval be extended or shrunk?
1778       bool Shrink = true;
1779
1780       // How many gaps would the new range have?
1781       unsigned NewGaps = LiveBefore + SplitAfter - SplitBefore + LiveAfter;
1782
1783       // Legally, without causing looping?
1784       bool Legal = !ProgressRequired || NewGaps < NumGaps;
1785
1786       if (Legal && MaxGap < llvm::huge_valf) {
1787         // Estimate the new spill weight. Each instruction reads or writes the
1788         // register. Conservatively assume there are no read-modify-write
1789         // instructions.
1790         //
1791         // Try to guess the size of the new interval.
1792         const float EstWeight = normalizeSpillWeight(
1793             blockFreq * (NewGaps + 1),
1794             Uses[SplitBefore].distance(Uses[SplitAfter]) +
1795                 (LiveBefore + LiveAfter) * SlotIndex::InstrDist,
1796             1);
1797         // Would this split be possible to allocate?
1798         // Never allocate all gaps, we wouldn't be making progress.
1799         DEBUG(dbgs() << " w=" << EstWeight);
1800         if (EstWeight * Hysteresis >= MaxGap) {
1801           Shrink = false;
1802           float Diff = EstWeight - MaxGap;
1803           if (Diff > BestDiff) {
1804             DEBUG(dbgs() << " (best)");
1805             BestDiff = Hysteresis * Diff;
1806             BestBefore = SplitBefore;
1807             BestAfter = SplitAfter;
1808           }
1809         }
1810       }
1811
1812       // Try to shrink.
1813       if (Shrink) {
1814         if (++SplitBefore < SplitAfter) {
1815           DEBUG(dbgs() << " shrink\n");
1816           // Recompute the max when necessary.
1817           if (GapWeight[SplitBefore - 1] >= MaxGap) {
1818             MaxGap = GapWeight[SplitBefore];
1819             for (unsigned i = SplitBefore + 1; i != SplitAfter; ++i)
1820               MaxGap = std::max(MaxGap, GapWeight[i]);
1821           }
1822           continue;
1823         }
1824         MaxGap = 0;
1825       }
1826
1827       // Try to extend the interval.
1828       if (SplitAfter >= NumGaps) {
1829         DEBUG(dbgs() << " end\n");
1830         break;
1831       }
1832
1833       DEBUG(dbgs() << " extend\n");
1834       MaxGap = std::max(MaxGap, GapWeight[SplitAfter++]);
1835     }
1836   }
1837
1838   // Didn't find any candidates?
1839   if (BestBefore == NumGaps)
1840     return 0;
1841
1842   DEBUG(dbgs() << "Best local split range: " << Uses[BestBefore]
1843                << '-' << Uses[BestAfter] << ", " << BestDiff
1844                << ", " << (BestAfter - BestBefore + 1) << " instrs\n");
1845
1846   LiveRangeEdit LREdit(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this);
1847   SE->reset(LREdit);
1848
1849   SE->openIntv();
1850   SlotIndex SegStart = SE->enterIntvBefore(Uses[BestBefore]);
1851   SlotIndex SegStop  = SE->leaveIntvAfter(Uses[BestAfter]);
1852   SE->useIntv(SegStart, SegStop);
1853   SmallVector<unsigned, 8> IntvMap;
1854   SE->finish(&IntvMap);
1855   DebugVars->splitRegister(VirtReg.reg, LREdit.regs(), *LIS);
1856
1857   // If the new range has the same number of instructions as before, mark it as
1858   // RS_Split2 so the next split will be forced to make progress. Otherwise,
1859   // leave the new intervals as RS_New so they can compete.
1860   bool LiveBefore = BestBefore != 0 || BI.LiveIn;
1861   bool LiveAfter = BestAfter != NumGaps || BI.LiveOut;
1862   unsigned NewGaps = LiveBefore + BestAfter - BestBefore + LiveAfter;
1863   if (NewGaps >= NumGaps) {
1864     DEBUG(dbgs() << "Tagging non-progress ranges: ");
1865     assert(!ProgressRequired && "Didn't make progress when it was required.");
1866     for (unsigned i = 0, e = IntvMap.size(); i != e; ++i)
1867       if (IntvMap[i] == 1) {
1868         setStage(LIS->getInterval(LREdit.get(i)), RS_Split2);
1869         DEBUG(dbgs() << PrintReg(LREdit.get(i)));
1870       }
1871     DEBUG(dbgs() << '\n');
1872   }
1873   ++NumLocalSplits;
1874
1875   return 0;
1876 }
1877
1878 //===----------------------------------------------------------------------===//
1879 //                          Live Range Splitting
1880 //===----------------------------------------------------------------------===//
1881
1882 /// trySplit - Try to split VirtReg or one of its interferences, making it
1883 /// assignable.
1884 /// @return Physreg when VirtReg may be assigned and/or new NewVRegs.
1885 unsigned RAGreedy::trySplit(LiveInterval &VirtReg, AllocationOrder &Order,
1886                             SmallVectorImpl<unsigned>&NewVRegs) {
1887   // Ranges must be Split2 or less.
1888   if (getStage(VirtReg) >= RS_Spill)
1889     return 0;
1890
1891   // Local intervals are handled separately.
1892   if (LIS->intervalIsInOneMBB(VirtReg)) {
1893     NamedRegionTimer T("Local Splitting", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
1894     SA->analyze(&VirtReg);
1895     unsigned PhysReg = tryLocalSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
1896     if (PhysReg || !NewVRegs.empty())
1897       return PhysReg;
1898     return tryInstructionSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
1899   }
1900
1901   NamedRegionTimer T("Global Splitting", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
1902
1903   SA->analyze(&VirtReg);
1904
1905   // FIXME: SplitAnalysis may repair broken live ranges coming from the
1906   // coalescer. That may cause the range to become allocatable which means that
1907   // tryRegionSplit won't be making progress. This check should be replaced with
1908   // an assertion when the coalescer is fixed.
1909   if (SA->didRepairRange()) {
1910     // VirtReg has changed, so all cached queries are invalid.
1911     Matrix->invalidateVirtRegs();
1912     if (unsigned PhysReg = tryAssign(VirtReg, Order, NewVRegs))
1913       return PhysReg;
1914   }
1915
1916   // First try to split around a region spanning multiple blocks. RS_Split2
1917   // ranges already made dubious progress with region splitting, so they go
1918   // straight to single block splitting.
1919   if (getStage(VirtReg) < RS_Split2) {
1920     unsigned PhysReg = tryRegionSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
1921     if (PhysReg || !NewVRegs.empty())
1922       return PhysReg;
1923   }
1924
1925   // Then isolate blocks.
1926   return tryBlockSplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
1927 }
1928
1929 //===----------------------------------------------------------------------===//
1930 //                          Last Chance Recoloring
1931 //===----------------------------------------------------------------------===//
1932
1933 /// mayRecolorAllInterferences - Check if the virtual registers that
1934 /// interfere with \p VirtReg on \p PhysReg (or one of its aliases) may be
1935 /// recolored to free \p PhysReg.
1936 /// When true is returned, \p RecoloringCandidates has been augmented with all
1937 /// the live intervals that need to be recolored in order to free \p PhysReg
1938 /// for \p VirtReg.
1939 /// \p FixedRegisters contains all the virtual registers that cannot be
1940 /// recolored.
1941 bool
1942 RAGreedy::mayRecolorAllInterferences(unsigned PhysReg, LiveInterval &VirtReg,
1943                                      SmallLISet &RecoloringCandidates,
1944                                      const SmallVirtRegSet &FixedRegisters) {
1945   const TargetRegisterClass *CurRC = MRI->getRegClass(VirtReg.reg);
1946
1947   for (MCRegUnitIterator Units(PhysReg, TRI); Units.isValid(); ++Units) {
1948     LiveIntervalUnion::Query &Q = Matrix->query(VirtReg, *Units);
1949     // If there is LastChanceRecoloringMaxInterference or more interferences,
1950     // chances are one would not be recolorable.
1951     if (Q.collectInterferingVRegs(LastChanceRecoloringMaxInterference) >=
1952         LastChanceRecoloringMaxInterference && !ExhaustiveSearch) {
1953       DEBUG(dbgs() << "Early abort: too many interferences.\n");
1954       CutOffInfo |= CO_Interf;
1955       return false;
1956     }
1957     for (unsigned i = Q.interferingVRegs().size(); i; --i) {
1958       LiveInterval *Intf = Q.interferingVRegs()[i - 1];
1959       // If Intf is done and sit on the same register class as VirtReg,
1960       // it would not be recolorable as it is in the same state as VirtReg.
1961       if ((getStage(*Intf) == RS_Done &&
1962            MRI->getRegClass(Intf->reg) == CurRC) ||
1963           FixedRegisters.count(Intf->reg)) {
1964         DEBUG(dbgs() << "Early abort: the inteference is not recolorable.\n");
1965         return false;
1966       }
1967       RecoloringCandidates.insert(Intf);
1968     }
1969   }
1970   return true;
1971 }
1972
1973 /// tryLastChanceRecoloring - Try to assign a color to \p VirtReg by recoloring
1974 /// its interferences.
1975 /// Last chance recoloring chooses a color for \p VirtReg and recolors every
1976 /// virtual register that was using it. The recoloring process may recursively
1977 /// use the last chance recoloring. Therefore, when a virtual register has been
1978 /// assigned a color by this mechanism, it is marked as Fixed, i.e., it cannot
1979 /// be last-chance-recolored again during this recoloring "session".
1980 /// E.g.,
1981 /// Let
1982 /// vA can use {R1, R2    }
1983 /// vB can use {    R2, R3}
1984 /// vC can use {R1        }
1985 /// Where vA, vB, and vC cannot be split anymore (they are reloads for
1986 /// instance) and they all interfere.
1987 ///
1988 /// vA is assigned R1
1989 /// vB is assigned R2
1990 /// vC tries to evict vA but vA is already done.
1991 /// Regular register allocation fails.
1992 ///
1993 /// Last chance recoloring kicks in:
1994 /// vC does as if vA was evicted => vC uses R1.
1995 /// vC is marked as fixed.
1996 /// vA needs to find a color.
1997 /// None are available.
1998 /// vA cannot evict vC: vC is a fixed virtual register now.
1999 /// vA does as if vB was evicted => vA uses R2.
2000 /// vB needs to find a color.
2001 /// R3 is available.
2002 /// Recoloring => vC = R1, vA = R2, vB = R3
2003 ///
2004 /// \p Order defines the preferred allocation order for \p VirtReg.
2005 /// \p NewRegs will contain any new virtual register that have been created
2006 /// (split, spill) during the process and that must be assigned.
2007 /// \p FixedRegisters contains all the virtual registers that cannot be
2008 /// recolored.
2009 /// \p Depth gives the current depth of the last chance recoloring.
2010 /// \return a physical register that can be used for VirtReg or ~0u if none
2011 /// exists.
2012 unsigned RAGreedy::tryLastChanceRecoloring(LiveInterval &VirtReg,
2013                                            AllocationOrder &Order,
2014                                            SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs,
2015                                            SmallVirtRegSet &FixedRegisters,
2016                                            unsigned Depth) {
2017   DEBUG(dbgs() << "Try last chance recoloring for " << VirtReg << '\n');
2018   // Ranges must be Done.
2019   assert((getStage(VirtReg) >= RS_Done || !VirtReg.isSpillable()) &&
2020          "Last chance recoloring should really be last chance");
2021   // Set the max depth to LastChanceRecoloringMaxDepth.
2022   // We may want to reconsider that if we end up with a too large search space
2023   // for target with hundreds of registers.
2024   // Indeed, in that case we may want to cut the search space earlier.
2025   if (Depth >= LastChanceRecoloringMaxDepth && !ExhaustiveSearch) {
2026     DEBUG(dbgs() << "Abort because max depth has been reached.\n");
2027     CutOffInfo |= CO_Depth;
2028     return ~0u;
2029   }
2030
2031   // Set of Live intervals that will need to be recolored.
2032   SmallLISet RecoloringCandidates;
2033   // Record the original mapping virtual register to physical register in case
2034   // the recoloring fails.
2035   DenseMap<unsigned, unsigned> VirtRegToPhysReg;
2036   // Mark VirtReg as fixed, i.e., it will not be recolored pass this point in
2037   // this recoloring "session".
2038   FixedRegisters.insert(VirtReg.reg);
2039
2040   Order.rewind();
2041   while (unsigned PhysReg = Order.next()) {
2042     DEBUG(dbgs() << "Try to assign: " << VirtReg << " to "
2043                  << PrintReg(PhysReg, TRI) << '\n');
2044     RecoloringCandidates.clear();
2045     VirtRegToPhysReg.clear();
2046
2047     // It is only possible to recolor virtual register interference.
2048     if (Matrix->checkInterference(VirtReg, PhysReg) >
2049         LiveRegMatrix::IK_VirtReg) {
2050       DEBUG(dbgs() << "Some inteferences are not with virtual registers.\n");
2051
2052       continue;
2053     }
2054
2055     // Early give up on this PhysReg if it is obvious we cannot recolor all
2056     // the interferences.
2057     if (!mayRecolorAllInterferences(PhysReg, VirtReg, RecoloringCandidates,
2058                                     FixedRegisters)) {
2059       DEBUG(dbgs() << "Some inteferences cannot be recolored.\n");
2060       continue;
2061     }
2062
2063     // RecoloringCandidates contains all the virtual registers that interfer
2064     // with VirtReg on PhysReg (or one of its aliases).
2065     // Enqueue them for recoloring and perform the actual recoloring.
2066     PQueue RecoloringQueue;
2067     for (SmallLISet::iterator It = RecoloringCandidates.begin(),
2068                               EndIt = RecoloringCandidates.end();
2069          It != EndIt; ++It) {
2070       unsigned ItVirtReg = (*It)->reg;
2071       enqueue(RecoloringQueue, *It);
2072       assert(VRM->hasPhys(ItVirtReg) &&
2073              "Interferences are supposed to be with allocated vairables");
2074
2075       // Record the current allocation.
2076       VirtRegToPhysReg[ItVirtReg] = VRM->getPhys(ItVirtReg);
2077       // unset the related struct.
2078       Matrix->unassign(**It);
2079     }
2080
2081     // Do as if VirtReg was assigned to PhysReg so that the underlying
2082     // recoloring has the right information about the interferes and
2083     // available colors.
2084     Matrix->assign(VirtReg, PhysReg);
2085
2086     // Save the current recoloring state.
2087     // If we cannot recolor all the interferences, we will have to start again
2088     // at this point for the next physical register.
2089     SmallVirtRegSet SaveFixedRegisters(FixedRegisters);
2090     if (tryRecoloringCandidates(RecoloringQueue, NewVRegs, FixedRegisters,
2091                                 Depth)) {
2092       // Do not mess up with the global assignment process.
2093       // I.e., VirtReg must be unassigned.
2094       Matrix->unassign(VirtReg);
2095       return PhysReg;
2096     }
2097
2098     DEBUG(dbgs() << "Fail to assign: " << VirtReg << " to "
2099                  << PrintReg(PhysReg, TRI) << '\n');
2100
2101     // The recoloring attempt failed, undo the changes.
2102     FixedRegisters = SaveFixedRegisters;
2103     Matrix->unassign(VirtReg);
2104
2105     for (SmallLISet::iterator It = RecoloringCandidates.begin(),
2106                               EndIt = RecoloringCandidates.end();
2107          It != EndIt; ++It) {
2108       unsigned ItVirtReg = (*It)->reg;
2109       if (VRM->hasPhys(ItVirtReg))
2110         Matrix->unassign(**It);
2111       Matrix->assign(**It, VirtRegToPhysReg[ItVirtReg]);
2112     }
2113   }
2114
2115   // Last chance recoloring did not worked either, give up.
2116   return ~0u;
2117 }
2118
2119 /// tryRecoloringCandidates - Try to assign a new color to every register
2120 /// in \RecoloringQueue.
2121 /// \p NewRegs will contain any new virtual register created during the
2122 /// recoloring process.
2123 /// \p FixedRegisters[in/out] contains all the registers that have been
2124 /// recolored.
2125 /// \return true if all virtual registers in RecoloringQueue were successfully
2126 /// recolored, false otherwise.
2127 bool RAGreedy::tryRecoloringCandidates(PQueue &RecoloringQueue,
2128                                        SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs,
2129                                        SmallVirtRegSet &FixedRegisters,
2130                                        unsigned Depth) {
2131   while (!RecoloringQueue.empty()) {
2132     LiveInterval *LI = dequeue(RecoloringQueue);
2133     DEBUG(dbgs() << "Try to recolor: " << *LI << '\n');
2134     unsigned PhysReg;
2135     PhysReg = selectOrSplitImpl(*LI, NewVRegs, FixedRegisters, Depth + 1);
2136     if (PhysReg == ~0u || !PhysReg)
2137       return false;
2138     DEBUG(dbgs() << "Recoloring of " << *LI
2139                  << " succeeded with: " << PrintReg(PhysReg, TRI) << '\n');
2140     Matrix->assign(*LI, PhysReg);
2141     FixedRegisters.insert(LI->reg);
2142   }
2143   return true;
2144 }
2145
2146 //===----------------------------------------------------------------------===//
2147 //                            Main Entry Point
2148 //===----------------------------------------------------------------------===//
2149
2150 unsigned RAGreedy::selectOrSplit(LiveInterval &VirtReg,
2151                                  SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
2152   CutOffInfo = CO_None;
2153   LLVMContext &Ctx = MF->getFunction()->getContext();
2154   SmallVirtRegSet FixedRegisters;
2155   unsigned Reg = selectOrSplitImpl(VirtReg, NewVRegs, FixedRegisters);
2156   if (Reg == ~0U && (CutOffInfo != CO_None)) {
2157     uint8_t CutOffEncountered = CutOffInfo & (CO_Depth | CO_Interf);
2158     if (CutOffEncountered == CO_Depth)
2159       Ctx.emitError("register allocation failed: maximum depth for recoloring "
2160                     "reached. Use -fexhaustive-register-search to skip "
2161                     "cutoffs");
2162     else if (CutOffEncountered == CO_Interf)
2163       Ctx.emitError("register allocation failed: maximum interference for "
2164                     "recoloring reached. Use -fexhaustive-register-search "
2165                     "to skip cutoffs");
2166     else if (CutOffEncountered == (CO_Depth | CO_Interf))
2167       Ctx.emitError("register allocation failed: maximum interference and "
2168                     "depth for recoloring reached. Use "
2169                     "-fexhaustive-register-search to skip cutoffs");
2170   }
2171   return Reg;
2172 }
2173
2174 /// Using a CSR for the first time has a cost because it causes push|pop
2175 /// to be added to prologue|epilogue. Splitting a cold section of the live
2176 /// range can have lower cost than using the CSR for the first time;
2177 /// Spilling a live range in the cold path can have lower cost than using
2178 /// the CSR for the first time. Returns the physical register if we decide
2179 /// to use the CSR; otherwise return 0.
2180 unsigned RAGreedy::tryAssignCSRFirstTime(LiveInterval &VirtReg,
2181                                          AllocationOrder &Order,
2182                                          unsigned PhysReg,
2183                                          unsigned &CostPerUseLimit,
2184                                          SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs) {
2185   if (getStage(VirtReg) == RS_Spill && VirtReg.isSpillable()) {
2186     // We choose spill over using the CSR for the first time if the spill cost
2187     // is lower than CSRCost.
2188     SA->analyze(&VirtReg);
2189     if (calcSpillCost() >= CSRCost)
2190       return PhysReg;
2191
2192     // We are going to spill, set CostPerUseLimit to 1 to make sure that
2193     // we will not use a callee-saved register in tryEvict.
2194     CostPerUseLimit = 1;
2195     return 0;
2196   }
2197   if (getStage(VirtReg) < RS_Split) {
2198     // We choose pre-splitting over using the CSR for the first time if
2199     // the cost of splitting is lower than CSRCost.
2200     SA->analyze(&VirtReg);
2201     unsigned NumCands = 0;
2202     BlockFrequency BestCost = CSRCost; // Don't modify CSRCost.
2203     unsigned BestCand = calculateRegionSplitCost(VirtReg, Order, BestCost,
2204                                                  NumCands, true /*IgnoreCSR*/);
2205     if (BestCand == NoCand)
2206       // Use the CSR if we can't find a region split below CSRCost.
2207       return PhysReg;
2208
2209     // Perform the actual pre-splitting.
2210     doRegionSplit(VirtReg, BestCand, false/*HasCompact*/, NewVRegs);
2211     return 0;
2212   }
2213   return PhysReg;
2214 }
2215
2216 void RAGreedy::initializeCSRCost() {
2217   // We use the larger one out of the command-line option and the value report
2218   // by TRI.
2219   CSRCost = BlockFrequency(
2220       std::max((unsigned)CSRFirstTimeCost, TRI->getCSRFirstUseCost()));
2221   if (!CSRCost.getFrequency())
2222     return;
2223
2224   // Raw cost is relative to Entry == 2^14; scale it appropriately.
2225   uint64_t ActualEntry = MBFI->getEntryFreq();
2226   if (!ActualEntry) {
2227     CSRCost = 0;
2228     return;
2229   }
2230   uint64_t FixedEntry = 1 << 14;
2231   if (ActualEntry < FixedEntry)
2232     CSRCost *= BranchProbability(ActualEntry, FixedEntry);
2233   else if (ActualEntry <= UINT32_MAX)
2234     // Invert the fraction and divide.
2235     CSRCost /= BranchProbability(FixedEntry, ActualEntry);
2236   else
2237     // Can't use BranchProbability in general, since it takes 32-bit numbers.
2238     CSRCost = CSRCost.getFrequency() * (ActualEntry / FixedEntry);
2239 }
2240
2241 unsigned RAGreedy::selectOrSplitImpl(LiveInterval &VirtReg,
2242                                      SmallVectorImpl<unsigned> &NewVRegs,
2243                                      SmallVirtRegSet &FixedRegisters,
2244                                      unsigned Depth) {
2245   unsigned CostPerUseLimit = ~0u;
2246   // First try assigning a free register.
2247   AllocationOrder Order(VirtReg.reg, *VRM, RegClassInfo);
2248   if (unsigned PhysReg = tryAssign(VirtReg, Order, NewVRegs)) {
2249     // We check other options if we are using a CSR for the first time.
2250     bool CSRFirstUse = false;
2251     if (unsigned CSR = RegClassInfo.getLastCalleeSavedAlias(PhysReg))
2252       if (!MRI->isPhysRegUsed(CSR))
2253         CSRFirstUse = true;
2254
2255     // When NewVRegs is not empty, we may have made decisions such as evicting
2256     // a virtual register, go with the earlier decisions and use the physical
2257     // register.
2258     if (CSRCost.getFrequency() && CSRFirstUse && NewVRegs.empty()) {
2259       unsigned CSRReg = tryAssignCSRFirstTime(VirtReg, Order, PhysReg,
2260                                               CostPerUseLimit, NewVRegs);
2261       if (CSRReg || !NewVRegs.empty())
2262         // Return now if we decide to use a CSR or create new vregs due to
2263         // pre-splitting.
2264         return CSRReg;
2265     } else
2266       return PhysReg;
2267   }
2268
2269   LiveRangeStage Stage = getStage(VirtReg);
2270   DEBUG(dbgs() << StageName[Stage]
2271                << " Cascade " << ExtraRegInfo[VirtReg.reg].Cascade << '\n');
2272
2273   // Try to evict a less worthy live range, but only for ranges from the primary
2274   // queue. The RS_Split ranges already failed to do this, and they should not
2275   // get a second chance until they have been split.
2276   if (Stage != RS_Split)
2277     if (unsigned PhysReg = tryEvict(VirtReg, Order, NewVRegs, CostPerUseLimit))
2278       return PhysReg;
2279
2280   assert(NewVRegs.empty() && "Cannot append to existing NewVRegs");
2281
2282   // The first time we see a live range, don't try to split or spill.
2283   // Wait until the second time, when all smaller ranges have been allocated.
2284   // This gives a better picture of the interference to split around.
2285   if (Stage < RS_Split) {
2286     setStage(VirtReg, RS_Split);
2287     DEBUG(dbgs() << "wait for second round\n");
2288     NewVRegs.push_back(VirtReg.reg);
2289     return 0;
2290   }
2291
2292   // If we couldn't allocate a register from spilling, there is probably some
2293   // invalid inline assembly. The base class wil report it.
2294   if (Stage >= RS_Done || !VirtReg.isSpillable())
2295     return tryLastChanceRecoloring(VirtReg, Order, NewVRegs, FixedRegisters,
2296                                    Depth);
2297
2298   // Try splitting VirtReg or interferences.
2299   unsigned PhysReg = trySplit(VirtReg, Order, NewVRegs);
2300   if (PhysReg || !NewVRegs.empty())
2301     return PhysReg;
2302
2303   // Finally spill VirtReg itself.
2304   NamedRegionTimer T("Spiller", TimerGroupName, TimePassesIsEnabled);
2305   LiveRangeEdit LRE(&VirtReg, NewVRegs, *MF, *LIS, VRM, this);
2306   spiller().spill(LRE);
2307   setStage(NewVRegs.begin(), NewVRegs.end(), RS_Done);
2308
2309   if (VerifyEnabled)
2310     MF->verify(this, "After spilling");
2311
2312   // The live virtual register requesting allocation was spilled, so tell
2313   // the caller not to allocate anything during this round.
2314   return 0;
2315 }
2316
2317 bool RAGreedy::runOnMachineFunction(MachineFunction &mf) {
2318   DEBUG(dbgs() << "********** GREEDY REGISTER ALLOCATION **********\n"
2319                << "********** Function: " << mf.getName() << '\n');
2320
2321   MF = &mf;
2322   TRI = MF->getSubtarget().getRegisterInfo();
2323   TII = MF->getSubtarget().getInstrInfo();
2324   RCI.runOnMachineFunction(mf);
2325
2326   EnableLocalReassign = EnableLocalReassignment ||
2327                         MF->getSubtarget().enableRALocalReassignment(
2328                             MF->getTarget().getOptLevel());
2329
2330   if (VerifyEnabled)
2331     MF->verify(this, "Before greedy register allocator");
2332
2333   RegAllocBase::init(getAnalysis<VirtRegMap>(),
2334                      getAnalysis<LiveIntervals>(),
2335                      getAnalysis<LiveRegMatrix>());
2336   Indexes = &getAnalysis<SlotIndexes>();
2337   MBFI = &getAnalysis<MachineBlockFrequencyInfo>();
2338   DomTree = &getAnalysis<MachineDominatorTree>();
2339   SpillerInstance.reset(createInlineSpiller(*this, *MF, *VRM));
2340   Loops = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
2341   Bundles = &getAnalysis<EdgeBundles>();
2342   SpillPlacer = &getAnalysis<SpillPlacement>();
2343   DebugVars = &getAnalysis<LiveDebugVariables>();
2344
2345   initializeCSRCost();
2346
2347   calculateSpillWeightsAndHints(*LIS, mf, *Loops, *MBFI);
2348
2349   DEBUG(LIS->dump());
2350
2351   SA.reset(new SplitAnalysis(*VRM, *LIS, *Loops));
2352   SE.reset(new SplitEditor(*SA, *LIS, *VRM, *DomTree, *MBFI));
2353   ExtraRegInfo.clear();
2354   ExtraRegInfo.resize(MRI->getNumVirtRegs());
2355   NextCascade = 1;
2356   IntfCache.init(MF, Matrix->getLiveUnions(), Indexes, LIS, TRI);
2357   GlobalCand.resize(32);  // This will grow as needed.
2358
2359   allocatePhysRegs();
2360   releaseMemory();
2361   return true;
2362 }