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