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