63a99e461d33ee7401ab3850e64c3be5632cf4dc
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocLinearScan.cpp
1 //===-- RegAllocLinearScan.cpp - Linear Scan 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 implements a linear scan register allocator.
11 //
12 //===----------------------------------------------------------------------===//
13
14 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
15 #include "VirtRegMap.h"
16 #include "VirtRegRewriter.h"
17 #include "Spiller.h"
18 #include "llvm/Function.h"
19 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
20 #include "llvm/CodeGen/LiveStackAnalysis.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
22 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
23 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
24 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
25 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
26 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
27 #include "llvm/CodeGen/RegisterCoalescer.h"
28 #include "llvm/Target/TargetRegisterInfo.h"
29 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
30 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
31 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
32 #include "llvm/ADT/EquivalenceClasses.h"
33 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
34 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
35 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
36 #include "llvm/Support/Debug.h"
37 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
38 #include "llvm/Support/Compiler.h"
39 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
40 #include <algorithm>
41 #include <set>
42 #include <queue>
43 #include <memory>
44 #include <cmath>
45
46 using namespace llvm;
47
48 STATISTIC(NumIters     , "Number of iterations performed");
49 STATISTIC(NumBacktracks, "Number of times we had to backtrack");
50 STATISTIC(NumCoalesce,   "Number of copies coalesced");
51 STATISTIC(NumDowngrade,  "Number of registers downgraded");
52
53 static cl::opt<bool>
54 NewHeuristic("new-spilling-heuristic",
55              cl::desc("Use new spilling heuristic"),
56              cl::init(false), cl::Hidden);
57
58 static cl::opt<bool>
59 PreSplitIntervals("pre-alloc-split",
60                   cl::desc("Pre-register allocation live interval splitting"),
61                   cl::init(false), cl::Hidden);
62
63 static cl::opt<bool>
64 NewSpillFramework("new-spill-framework",
65                   cl::desc("New spilling framework"),
66                   cl::init(false), cl::Hidden);
67
68 static RegisterRegAlloc
69 linearscanRegAlloc("linearscan", "linear scan register allocator",
70                    createLinearScanRegisterAllocator);
71
72 namespace {
73   struct VISIBILITY_HIDDEN RALinScan : public MachineFunctionPass {
74     static char ID;
75     RALinScan() : MachineFunctionPass(&ID) {}
76
77     typedef std::pair<LiveInterval*, LiveInterval::iterator> IntervalPtr;
78     typedef SmallVector<IntervalPtr, 32> IntervalPtrs;
79   private:
80     /// RelatedRegClasses - This structure is built the first time a function is
81     /// compiled, and keeps track of which register classes have registers that
82     /// belong to multiple classes or have aliases that are in other classes.
83     EquivalenceClasses<const TargetRegisterClass*> RelatedRegClasses;
84     DenseMap<unsigned, const TargetRegisterClass*> OneClassForEachPhysReg;
85
86     // NextReloadMap - For each register in the map, it maps to the another
87     // register which is defined by a reload from the same stack slot and
88     // both reloads are in the same basic block.
89     DenseMap<unsigned, unsigned> NextReloadMap;
90
91     // DowngradedRegs - A set of registers which are being "downgraded", i.e.
92     // un-favored for allocation.
93     SmallSet<unsigned, 8> DowngradedRegs;
94
95     // DowngradeMap - A map from virtual registers to physical registers being
96     // downgraded for the virtual registers.
97     DenseMap<unsigned, unsigned> DowngradeMap;
98
99     MachineFunction* mf_;
100     MachineRegisterInfo* mri_;
101     const TargetMachine* tm_;
102     const TargetRegisterInfo* tri_;
103     const TargetInstrInfo* tii_;
104     BitVector allocatableRegs_;
105     LiveIntervals* li_;
106     LiveStacks* ls_;
107     const MachineLoopInfo *loopInfo;
108
109     /// handled_ - Intervals are added to the handled_ set in the order of their
110     /// start value.  This is uses for backtracking.
111     std::vector<LiveInterval*> handled_;
112
113     /// fixed_ - Intervals that correspond to machine registers.
114     ///
115     IntervalPtrs fixed_;
116
117     /// active_ - Intervals that are currently being processed, and which have a
118     /// live range active for the current point.
119     IntervalPtrs active_;
120
121     /// inactive_ - Intervals that are currently being processed, but which have
122     /// a hold at the current point.
123     IntervalPtrs inactive_;
124
125     typedef std::priority_queue<LiveInterval*,
126                                 SmallVector<LiveInterval*, 64>,
127                                 greater_ptr<LiveInterval> > IntervalHeap;
128     IntervalHeap unhandled_;
129
130     /// regUse_ - Tracks register usage.
131     SmallVector<unsigned, 32> regUse_;
132     SmallVector<unsigned, 32> regUseBackUp_;
133
134     /// vrm_ - Tracks register assignments.
135     VirtRegMap* vrm_;
136
137     std::auto_ptr<VirtRegRewriter> rewriter_;
138
139     std::auto_ptr<Spiller> spiller_;
140
141   public:
142     virtual const char* getPassName() const {
143       return "Linear Scan Register Allocator";
144     }
145
146     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
147       AU.addRequired<LiveIntervals>();
148       if (StrongPHIElim)
149         AU.addRequiredID(StrongPHIEliminationID);
150       // Make sure PassManager knows which analyses to make available
151       // to coalescing and which analyses coalescing invalidates.
152       AU.addRequiredTransitive<RegisterCoalescer>();
153       if (PreSplitIntervals)
154         AU.addRequiredID(PreAllocSplittingID);
155       AU.addRequired<LiveStacks>();
156       AU.addPreserved<LiveStacks>();
157       AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
158       AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
159       AU.addRequired<VirtRegMap>();
160       AU.addPreserved<VirtRegMap>();
161       AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
162       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
163     }
164
165     /// runOnMachineFunction - register allocate the whole function
166     bool runOnMachineFunction(MachineFunction&);
167
168   private:
169     /// linearScan - the linear scan algorithm
170     void linearScan();
171
172     /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
173     ///
174     void initIntervalSets();
175
176     /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping
177     /// ones to the inactive list.
178     void processActiveIntervals(unsigned CurPoint);
179
180     /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
181     /// ones to the active list.
182     void processInactiveIntervals(unsigned CurPoint);
183
184     /// hasNextReloadInterval - Return the next liveinterval that's being
185     /// defined by a reload from the same SS as the specified one.
186     LiveInterval *hasNextReloadInterval(LiveInterval *cur);
187
188     /// DowngradeRegister - Downgrade a register for allocation.
189     void DowngradeRegister(LiveInterval *li, unsigned Reg);
190
191     /// UpgradeRegister - Upgrade a register for allocation.
192     void UpgradeRegister(unsigned Reg);
193
194     /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one
195     /// is available, or spill.
196     void assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur);
197
198     void updateSpillWeights(std::vector<float> &Weights,
199                             unsigned reg, float weight,
200                             const TargetRegisterClass *RC);
201
202     /// findIntervalsToSpill - Determine the intervals to spill for the
203     /// specified interval. It's passed the physical registers whose spill
204     /// weight is the lowest among all the registers whose live intervals
205     /// conflict with the interval.
206     void findIntervalsToSpill(LiveInterval *cur,
207                             std::vector<std::pair<unsigned,float> > &Candidates,
208                             unsigned NumCands,
209                             SmallVector<LiveInterval*, 8> &SpillIntervals);
210
211     /// attemptTrivialCoalescing - If a simple interval is defined by a copy,
212     /// try allocate the definition the same register as the source register
213     /// if the register is not defined during live time of the interval. This
214     /// eliminate a copy. This is used to coalesce copies which were not
215     /// coalesced away before allocation either due to dest and src being in
216     /// different register classes or because the coalescer was overly
217     /// conservative.
218     unsigned attemptTrivialCoalescing(LiveInterval &cur, unsigned Reg);
219
220     ///
221     /// Register usage / availability tracking helpers.
222     ///
223
224     void initRegUses() {
225       regUse_.resize(tri_->getNumRegs(), 0);
226       regUseBackUp_.resize(tri_->getNumRegs(), 0);
227     }
228
229     void finalizeRegUses() {
230 #ifndef NDEBUG
231       // Verify all the registers are "freed".
232       bool Error = false;
233       for (unsigned i = 0, e = tri_->getNumRegs(); i != e; ++i) {
234         if (regUse_[i] != 0) {
235           cerr << tri_->getName(i) << " is still in use!\n";
236           Error = true;
237         }
238       }
239       if (Error)
240         llvm_unreachable(0);
241 #endif
242       regUse_.clear();
243       regUseBackUp_.clear();
244     }
245
246     void addRegUse(unsigned physReg) {
247       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
248              "should be physical register!");
249       ++regUse_[physReg];
250       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(physReg); *as; ++as)
251         ++regUse_[*as];
252     }
253
254     void delRegUse(unsigned physReg) {
255       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
256              "should be physical register!");
257       assert(regUse_[physReg] != 0);
258       --regUse_[physReg];
259       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(physReg); *as; ++as) {
260         assert(regUse_[*as] != 0);
261         --regUse_[*as];
262       }
263     }
264
265     bool isRegAvail(unsigned physReg) const {
266       assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(physReg) &&
267              "should be physical register!");
268       return regUse_[physReg] == 0;
269     }
270
271     void backUpRegUses() {
272       regUseBackUp_ = regUse_;
273     }
274
275     void restoreRegUses() {
276       regUse_ = regUseBackUp_;
277     }
278
279     ///
280     /// Register handling helpers.
281     ///
282
283     /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual
284     /// register interval if we have one, otherwise return 0.
285     unsigned getFreePhysReg(LiveInterval* cur);
286     unsigned getFreePhysReg(LiveInterval* cur,
287                             const TargetRegisterClass *RC,
288                             unsigned MaxInactiveCount,
289                             SmallVector<unsigned, 256> &inactiveCounts,
290                             bool SkipDGRegs);
291
292     /// assignVirt2StackSlot - assigns this virtual register to a
293     /// stack slot. returns the stack slot
294     int assignVirt2StackSlot(unsigned virtReg);
295
296     void ComputeRelatedRegClasses();
297
298     template <typename ItTy>
299     void printIntervals(const char* const str, ItTy i, ItTy e) const {
300       if (str) DOUT << str << " intervals:\n";
301       for (; i != e; ++i) {
302         DOUT << "\t" << *i->first << " -> ";
303         unsigned reg = i->first->reg;
304         if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg)) {
305           reg = vrm_->getPhys(reg);
306         }
307         DOUT << tri_->getName(reg) << '\n';
308       }
309     }
310   };
311   char RALinScan::ID = 0;
312 }
313
314 static RegisterPass<RALinScan>
315 X("linearscan-regalloc", "Linear Scan Register Allocator");
316
317 void RALinScan::ComputeRelatedRegClasses() {
318   // First pass, add all reg classes to the union, and determine at least one
319   // reg class that each register is in.
320   bool HasAliases = false;
321   for (TargetRegisterInfo::regclass_iterator RCI = tri_->regclass_begin(),
322        E = tri_->regclass_end(); RCI != E; ++RCI) {
323     RelatedRegClasses.insert(*RCI);
324     for (TargetRegisterClass::iterator I = (*RCI)->begin(), E = (*RCI)->end();
325          I != E; ++I) {
326       HasAliases = HasAliases || *tri_->getAliasSet(*I) != 0;
327       
328       const TargetRegisterClass *&PRC = OneClassForEachPhysReg[*I];
329       if (PRC) {
330         // Already processed this register.  Just make sure we know that
331         // multiple register classes share a register.
332         RelatedRegClasses.unionSets(PRC, *RCI);
333       } else {
334         PRC = *RCI;
335       }
336     }
337   }
338   
339   // Second pass, now that we know conservatively what register classes each reg
340   // belongs to, add info about aliases.  We don't need to do this for targets
341   // without register aliases.
342   if (HasAliases)
343     for (DenseMap<unsigned, const TargetRegisterClass*>::iterator
344          I = OneClassForEachPhysReg.begin(), E = OneClassForEachPhysReg.end();
345          I != E; ++I)
346       for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(I->first); *AS; ++AS)
347         RelatedRegClasses.unionSets(I->second, OneClassForEachPhysReg[*AS]);
348 }
349
350 /// attemptTrivialCoalescing - If a simple interval is defined by a copy,
351 /// try allocate the definition the same register as the source register
352 /// if the register is not defined during live time of the interval. This
353 /// eliminate a copy. This is used to coalesce copies which were not
354 /// coalesced away before allocation either due to dest and src being in
355 /// different register classes or because the coalescer was overly
356 /// conservative.
357 unsigned RALinScan::attemptTrivialCoalescing(LiveInterval &cur, unsigned Reg) {
358   unsigned Preference = vrm_->getRegAllocPref(cur.reg);
359   if ((Preference && Preference == Reg) || !cur.containsOneValue())
360     return Reg;
361
362   VNInfo *vni = cur.begin()->valno;
363   if (!vni->def || vni->isUnused() || !vni->isDefAccurate())
364     return Reg;
365   MachineInstr *CopyMI = li_->getInstructionFromIndex(vni->def);
366   unsigned SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg, PhysReg;
367   if (!CopyMI ||
368       !tii_->isMoveInstr(*CopyMI, SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg))
369     return Reg;
370   PhysReg = SrcReg;
371   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg)) {
372     if (!vrm_->isAssignedReg(SrcReg))
373       return Reg;
374     PhysReg = vrm_->getPhys(SrcReg);
375   }
376   if (Reg == PhysReg)
377     return Reg;
378
379   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur.reg);
380   if (!RC->contains(PhysReg))
381     return Reg;
382
383   // Try to coalesce.
384   if (!li_->conflictsWithPhysRegDef(cur, *vrm_, PhysReg)) {
385     DOUT << "Coalescing: " << cur << " -> " << tri_->getName(PhysReg)
386          << '\n';
387     vrm_->clearVirt(cur.reg);
388     vrm_->assignVirt2Phys(cur.reg, PhysReg);
389
390     // Remove unnecessary kills since a copy does not clobber the register.
391     if (li_->hasInterval(SrcReg)) {
392       LiveInterval &SrcLI = li_->getInterval(SrcReg);
393       for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = mri_->reg_begin(cur.reg),
394              E = mri_->reg_end(); I != E; ++I) {
395         MachineOperand &O = I.getOperand();
396         if (!O.isUse() || !O.isKill())
397           continue;
398         MachineInstr *MI = &*I;
399         if (SrcLI.liveAt(li_->getDefIndex(li_->getInstructionIndex(MI))))
400           O.setIsKill(false);
401       }
402     }
403
404     ++NumCoalesce;
405     return PhysReg;
406   }
407
408   return Reg;
409 }
410
411 bool RALinScan::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
412   mf_ = &fn;
413   mri_ = &fn.getRegInfo();
414   tm_ = &fn.getTarget();
415   tri_ = tm_->getRegisterInfo();
416   tii_ = tm_->getInstrInfo();
417   allocatableRegs_ = tri_->getAllocatableSet(fn);
418   li_ = &getAnalysis<LiveIntervals>();
419   ls_ = &getAnalysis<LiveStacks>();
420   loopInfo = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
421
422   // We don't run the coalescer here because we have no reason to
423   // interact with it.  If the coalescer requires interaction, it
424   // won't do anything.  If it doesn't require interaction, we assume
425   // it was run as a separate pass.
426
427   // If this is the first function compiled, compute the related reg classes.
428   if (RelatedRegClasses.empty())
429     ComputeRelatedRegClasses();
430
431   // Also resize register usage trackers.
432   initRegUses();
433
434   vrm_ = &getAnalysis<VirtRegMap>();
435   if (!rewriter_.get()) rewriter_.reset(createVirtRegRewriter());
436   
437   if (NewSpillFramework) {
438     spiller_.reset(createSpiller(mf_, li_, ls_, vrm_));
439   }
440   
441   initIntervalSets();
442
443   linearScan();
444
445   // Rewrite spill code and update the PhysRegsUsed set.
446   rewriter_->runOnMachineFunction(*mf_, *vrm_, li_);
447
448   assert(unhandled_.empty() && "Unhandled live intervals remain!");
449
450   finalizeRegUses();
451
452   fixed_.clear();
453   active_.clear();
454   inactive_.clear();
455   handled_.clear();
456   NextReloadMap.clear();
457   DowngradedRegs.clear();
458   DowngradeMap.clear();
459   spiller_.reset(0);
460
461   return true;
462 }
463
464 /// initIntervalSets - initialize the interval sets.
465 ///
466 void RALinScan::initIntervalSets()
467 {
468   assert(unhandled_.empty() && fixed_.empty() &&
469          active_.empty() && inactive_.empty() &&
470          "interval sets should be empty on initialization");
471
472   handled_.reserve(li_->getNumIntervals());
473
474   for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i) {
475     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->second->reg)) {
476       mri_->setPhysRegUsed(i->second->reg);
477       fixed_.push_back(std::make_pair(i->second, i->second->begin()));
478     } else
479       unhandled_.push(i->second);
480   }
481 }
482
483 void RALinScan::linearScan()
484 {
485   // linear scan algorithm
486   DOUT << "********** LINEAR SCAN **********\n";
487   DOUT << "********** Function: " << mf_->getFunction()->getName() << '\n';
488
489   DEBUG(printIntervals("fixed", fixed_.begin(), fixed_.end()));
490
491   while (!unhandled_.empty()) {
492     // pick the interval with the earliest start point
493     LiveInterval* cur = unhandled_.top();
494     unhandled_.pop();
495     ++NumIters;
496     DOUT << "\n*** CURRENT ***: " << *cur << '\n';
497
498     if (!cur->empty()) {
499       processActiveIntervals(cur->beginNumber());
500       processInactiveIntervals(cur->beginNumber());
501
502       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(cur->reg) &&
503              "Can only allocate virtual registers!");
504     }
505
506     // Allocating a virtual register. try to find a free
507     // physical register or spill an interval (possibly this one) in order to
508     // assign it one.
509     assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
510
511     DEBUG(printIntervals("active", active_.begin(), active_.end()));
512     DEBUG(printIntervals("inactive", inactive_.begin(), inactive_.end()));
513   }
514
515   // Expire any remaining active intervals
516   while (!active_.empty()) {
517     IntervalPtr &IP = active_.back();
518     unsigned reg = IP.first->reg;
519     DOUT << "\tinterval " << *IP.first << " expired\n";
520     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
521            "Can only allocate virtual registers!");
522     reg = vrm_->getPhys(reg);
523     delRegUse(reg);
524     active_.pop_back();
525   }
526
527   // Expire any remaining inactive intervals
528   DEBUG(for (IntervalPtrs::reverse_iterator
529                i = inactive_.rbegin(); i != inactive_.rend(); ++i)
530         DOUT << "\tinterval " << *i->first << " expired\n");
531   inactive_.clear();
532
533   // Add live-ins to every BB except for entry. Also perform trivial coalescing.
534   MachineFunction::iterator EntryMBB = mf_->begin();
535   SmallVector<MachineBasicBlock*, 8> LiveInMBBs;
536   for (LiveIntervals::iterator i = li_->begin(), e = li_->end(); i != e; ++i) {
537     LiveInterval &cur = *i->second;
538     unsigned Reg = 0;
539     bool isPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(cur.reg);
540     if (isPhys)
541       Reg = cur.reg;
542     else if (vrm_->isAssignedReg(cur.reg))
543       Reg = attemptTrivialCoalescing(cur, vrm_->getPhys(cur.reg));
544     if (!Reg)
545       continue;
546     // Ignore splited live intervals.
547     if (!isPhys && vrm_->getPreSplitReg(cur.reg))
548       continue;
549
550     for (LiveInterval::Ranges::const_iterator I = cur.begin(), E = cur.end();
551          I != E; ++I) {
552       const LiveRange &LR = *I;
553       if (li_->findLiveInMBBs(LR.start, LR.end, LiveInMBBs)) {
554         for (unsigned i = 0, e = LiveInMBBs.size(); i != e; ++i)
555           if (LiveInMBBs[i] != EntryMBB) {
556             assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) &&
557                    "Adding a virtual register to livein set?");
558             LiveInMBBs[i]->addLiveIn(Reg);
559           }
560         LiveInMBBs.clear();
561       }
562     }
563   }
564
565   DOUT << *vrm_;
566
567   // Look for physical registers that end up not being allocated even though
568   // register allocator had to spill other registers in its register class.
569   if (ls_->getNumIntervals() == 0)
570     return;
571   if (!vrm_->FindUnusedRegisters(li_))
572     return;
573 }
574
575 /// processActiveIntervals - expire old intervals and move non-overlapping ones
576 /// to the inactive list.
577 void RALinScan::processActiveIntervals(unsigned CurPoint)
578 {
579   DOUT << "\tprocessing active intervals:\n";
580
581   for (unsigned i = 0, e = active_.size(); i != e; ++i) {
582     LiveInterval *Interval = active_[i].first;
583     LiveInterval::iterator IntervalPos = active_[i].second;
584     unsigned reg = Interval->reg;
585
586     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
587
588     if (IntervalPos == Interval->end()) {     // Remove expired intervals.
589       DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n";
590       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
591              "Can only allocate virtual registers!");
592       reg = vrm_->getPhys(reg);
593       delRegUse(reg);
594
595       // Pop off the end of the list.
596       active_[i] = active_.back();
597       active_.pop_back();
598       --i; --e;
599
600     } else if (IntervalPos->start > CurPoint) {
601       // Move inactive intervals to inactive list.
602       DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " inactive\n";
603       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
604              "Can only allocate virtual registers!");
605       reg = vrm_->getPhys(reg);
606       delRegUse(reg);
607       // add to inactive.
608       inactive_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
609
610       // Pop off the end of the list.
611       active_[i] = active_.back();
612       active_.pop_back();
613       --i; --e;
614     } else {
615       // Otherwise, just update the iterator position.
616       active_[i].second = IntervalPos;
617     }
618   }
619 }
620
621 /// processInactiveIntervals - expire old intervals and move overlapping
622 /// ones to the active list.
623 void RALinScan::processInactiveIntervals(unsigned CurPoint)
624 {
625   DOUT << "\tprocessing inactive intervals:\n";
626
627   for (unsigned i = 0, e = inactive_.size(); i != e; ++i) {
628     LiveInterval *Interval = inactive_[i].first;
629     LiveInterval::iterator IntervalPos = inactive_[i].second;
630     unsigned reg = Interval->reg;
631
632     IntervalPos = Interval->advanceTo(IntervalPos, CurPoint);
633
634     if (IntervalPos == Interval->end()) {       // remove expired intervals.
635       DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " expired\n";
636
637       // Pop off the end of the list.
638       inactive_[i] = inactive_.back();
639       inactive_.pop_back();
640       --i; --e;
641     } else if (IntervalPos->start <= CurPoint) {
642       // move re-activated intervals in active list
643       DOUT << "\t\tinterval " << *Interval << " active\n";
644       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
645              "Can only allocate virtual registers!");
646       reg = vrm_->getPhys(reg);
647       addRegUse(reg);
648       // add to active
649       active_.push_back(std::make_pair(Interval, IntervalPos));
650
651       // Pop off the end of the list.
652       inactive_[i] = inactive_.back();
653       inactive_.pop_back();
654       --i; --e;
655     } else {
656       // Otherwise, just update the iterator position.
657       inactive_[i].second = IntervalPos;
658     }
659   }
660 }
661
662 /// updateSpillWeights - updates the spill weights of the specifed physical
663 /// register and its weight.
664 void RALinScan::updateSpillWeights(std::vector<float> &Weights,
665                                    unsigned reg, float weight,
666                                    const TargetRegisterClass *RC) {
667   SmallSet<unsigned, 4> Processed;
668   SmallSet<unsigned, 4> SuperAdded;
669   SmallVector<unsigned, 4> Supers;
670   Weights[reg] += weight;
671   Processed.insert(reg);
672   for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(reg); *as; ++as) {
673     Weights[*as] += weight;
674     Processed.insert(*as);
675     if (tri_->isSubRegister(*as, reg) &&
676         SuperAdded.insert(*as) &&
677         RC->contains(*as)) {
678       Supers.push_back(*as);
679     }
680   }
681
682   // If the alias is a super-register, and the super-register is in the
683   // register class we are trying to allocate. Then add the weight to all
684   // sub-registers of the super-register even if they are not aliases.
685   // e.g. allocating for GR32, bh is not used, updating bl spill weight.
686   //      bl should get the same spill weight otherwise it will be choosen
687   //      as a spill candidate since spilling bh doesn't make ebx available.
688   for (unsigned i = 0, e = Supers.size(); i != e; ++i) {
689     for (const unsigned *sr = tri_->getSubRegisters(Supers[i]); *sr; ++sr)
690       if (!Processed.count(*sr))
691         Weights[*sr] += weight;
692   }
693 }
694
695 static
696 RALinScan::IntervalPtrs::iterator
697 FindIntervalInVector(RALinScan::IntervalPtrs &IP, LiveInterval *LI) {
698   for (RALinScan::IntervalPtrs::iterator I = IP.begin(), E = IP.end();
699        I != E; ++I)
700     if (I->first == LI) return I;
701   return IP.end();
702 }
703
704 static void RevertVectorIteratorsTo(RALinScan::IntervalPtrs &V, unsigned Point){
705   for (unsigned i = 0, e = V.size(); i != e; ++i) {
706     RALinScan::IntervalPtr &IP = V[i];
707     LiveInterval::iterator I = std::upper_bound(IP.first->begin(),
708                                                 IP.second, Point);
709     if (I != IP.first->begin()) --I;
710     IP.second = I;
711   }
712 }
713
714 /// addStackInterval - Create a LiveInterval for stack if the specified live
715 /// interval has been spilled.
716 static void addStackInterval(LiveInterval *cur, LiveStacks *ls_,
717                              LiveIntervals *li_,
718                              MachineRegisterInfo* mri_, VirtRegMap &vrm_) {
719   int SS = vrm_.getStackSlot(cur->reg);
720   if (SS == VirtRegMap::NO_STACK_SLOT)
721     return;
722
723   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
724   LiveInterval &SI = ls_->getOrCreateInterval(SS, RC);
725
726   VNInfo *VNI;
727   if (SI.hasAtLeastOneValue())
728     VNI = SI.getValNumInfo(0);
729   else
730     VNI = SI.getNextValue(0, 0, false, ls_->getVNInfoAllocator());
731
732   LiveInterval &RI = li_->getInterval(cur->reg);
733   // FIXME: This may be overly conservative.
734   SI.MergeRangesInAsValue(RI, VNI);
735 }
736
737 /// getConflictWeight - Return the number of conflicts between cur
738 /// live interval and defs and uses of Reg weighted by loop depthes.
739 static
740 float getConflictWeight(LiveInterval *cur, unsigned Reg, LiveIntervals *li_,
741                         MachineRegisterInfo *mri_,
742                         const MachineLoopInfo *loopInfo) {
743   float Conflicts = 0;
744   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = mri_->reg_begin(Reg),
745          E = mri_->reg_end(); I != E; ++I) {
746     MachineInstr *MI = &*I;
747     if (cur->liveAt(li_->getInstructionIndex(MI))) {
748       unsigned loopDepth = loopInfo->getLoopDepth(MI->getParent());
749       Conflicts += powf(10.0f, (float)loopDepth);
750     }
751   }
752   return Conflicts;
753 }
754
755 /// findIntervalsToSpill - Determine the intervals to spill for the
756 /// specified interval. It's passed the physical registers whose spill
757 /// weight is the lowest among all the registers whose live intervals
758 /// conflict with the interval.
759 void RALinScan::findIntervalsToSpill(LiveInterval *cur,
760                             std::vector<std::pair<unsigned,float> > &Candidates,
761                             unsigned NumCands,
762                             SmallVector<LiveInterval*, 8> &SpillIntervals) {
763   // We have figured out the *best* register to spill. But there are other
764   // registers that are pretty good as well (spill weight within 3%). Spill
765   // the one that has fewest defs and uses that conflict with cur.
766   float Conflicts[3] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f };
767   SmallVector<LiveInterval*, 8> SLIs[3];
768
769   DOUT << "\tConsidering " << NumCands << " candidates: ";
770   DEBUG(for (unsigned i = 0; i != NumCands; ++i)
771           DOUT << tri_->getName(Candidates[i].first) << " ";
772         DOUT << "\n";);
773   
774   // Calculate the number of conflicts of each candidate.
775   for (IntervalPtrs::iterator i = active_.begin(); i != active_.end(); ++i) {
776     unsigned Reg = i->first->reg;
777     unsigned PhysReg = vrm_->getPhys(Reg);
778     if (!cur->overlapsFrom(*i->first, i->second))
779       continue;
780     for (unsigned j = 0; j < NumCands; ++j) {
781       unsigned Candidate = Candidates[j].first;
782       if (tri_->regsOverlap(PhysReg, Candidate)) {
783         if (NumCands > 1)
784           Conflicts[j] += getConflictWeight(cur, Reg, li_, mri_, loopInfo);
785         SLIs[j].push_back(i->first);
786       }
787     }
788   }
789
790   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(); i != inactive_.end(); ++i){
791     unsigned Reg = i->first->reg;
792     unsigned PhysReg = vrm_->getPhys(Reg);
793     if (!cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1))
794       continue;
795     for (unsigned j = 0; j < NumCands; ++j) {
796       unsigned Candidate = Candidates[j].first;
797       if (tri_->regsOverlap(PhysReg, Candidate)) {
798         if (NumCands > 1)
799           Conflicts[j] += getConflictWeight(cur, Reg, li_, mri_, loopInfo);
800         SLIs[j].push_back(i->first);
801       }
802     }
803   }
804
805   // Which is the best candidate?
806   unsigned BestCandidate = 0;
807   float MinConflicts = Conflicts[0];
808   for (unsigned i = 1; i != NumCands; ++i) {
809     if (Conflicts[i] < MinConflicts) {
810       BestCandidate = i;
811       MinConflicts = Conflicts[i];
812     }
813   }
814
815   std::copy(SLIs[BestCandidate].begin(), SLIs[BestCandidate].end(),
816             std::back_inserter(SpillIntervals));
817 }
818
819 namespace {
820   struct WeightCompare {
821     typedef std::pair<unsigned, float> RegWeightPair;
822     bool operator()(const RegWeightPair &LHS, const RegWeightPair &RHS) const {
823       return LHS.second < RHS.second;
824     }
825   };
826 }
827
828 static bool weightsAreClose(float w1, float w2) {
829   if (!NewHeuristic)
830     return false;
831
832   float diff = w1 - w2;
833   if (diff <= 0.02f)  // Within 0.02f
834     return true;
835   return (diff / w2) <= 0.05f;  // Within 5%.
836 }
837
838 LiveInterval *RALinScan::hasNextReloadInterval(LiveInterval *cur) {
839   DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator I = NextReloadMap.find(cur->reg);
840   if (I == NextReloadMap.end())
841     return 0;
842   return &li_->getInterval(I->second);
843 }
844
845 void RALinScan::DowngradeRegister(LiveInterval *li, unsigned Reg) {
846   bool isNew = DowngradedRegs.insert(Reg);
847   isNew = isNew; // Silence compiler warning.
848   assert(isNew && "Multiple reloads holding the same register?");
849   DowngradeMap.insert(std::make_pair(li->reg, Reg));
850   for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS) {
851     isNew = DowngradedRegs.insert(*AS);
852     isNew = isNew; // Silence compiler warning.
853     assert(isNew && "Multiple reloads holding the same register?");
854     DowngradeMap.insert(std::make_pair(li->reg, *AS));
855   }
856   ++NumDowngrade;
857 }
858
859 void RALinScan::UpgradeRegister(unsigned Reg) {
860   if (Reg) {
861     DowngradedRegs.erase(Reg);
862     for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(Reg); *AS; ++AS)
863       DowngradedRegs.erase(*AS);
864   }
865 }
866
867 namespace {
868   struct LISorter {
869     bool operator()(LiveInterval* A, LiveInterval* B) {
870       return A->beginNumber() < B->beginNumber();
871     }
872   };
873 }
874
875 /// assignRegOrStackSlotAtInterval - assign a register if one is available, or
876 /// spill.
877 void RALinScan::assignRegOrStackSlotAtInterval(LiveInterval* cur)
878 {
879   DOUT << "\tallocating current interval: ";
880
881   // This is an implicitly defined live interval, just assign any register.
882   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
883   if (cur->empty()) {
884     unsigned physReg = vrm_->getRegAllocPref(cur->reg);
885     if (!physReg)
886       physReg = *RC->allocation_order_begin(*mf_);
887     DOUT <<  tri_->getName(physReg) << '\n';
888     // Note the register is not really in use.
889     vrm_->assignVirt2Phys(cur->reg, physReg);
890     return;
891   }
892
893   backUpRegUses();
894
895   std::vector<std::pair<unsigned, float> > SpillWeightsToAdd;
896   unsigned StartPosition = cur->beginNumber();
897   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
898
899   // If start of this live interval is defined by a move instruction and its
900   // source is assigned a physical register that is compatible with the target
901   // register class, then we should try to assign it the same register.
902   // This can happen when the move is from a larger register class to a smaller
903   // one, e.g. X86::mov32to32_. These move instructions are not coalescable.
904   if (!vrm_->getRegAllocPref(cur->reg) && cur->hasAtLeastOneValue()) {
905     VNInfo *vni = cur->begin()->valno;
906     if (vni->def && !vni->isUnused() && vni->isDefAccurate()) {
907       MachineInstr *CopyMI = li_->getInstructionFromIndex(vni->def);
908       unsigned SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg;
909       if (CopyMI &&
910           tii_->isMoveInstr(*CopyMI, SrcReg, DstReg, SrcSubReg, DstSubReg)) {
911         unsigned Reg = 0;
912         if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg))
913           Reg = SrcReg;
914         else if (vrm_->isAssignedReg(SrcReg))
915           Reg = vrm_->getPhys(SrcReg);
916         if (Reg) {
917           if (SrcSubReg)
918             Reg = tri_->getSubReg(Reg, SrcSubReg);
919           if (DstSubReg)
920             Reg = tri_->getMatchingSuperReg(Reg, DstSubReg, RC);
921           if (Reg && allocatableRegs_[Reg] && RC->contains(Reg))
922             mri_->setRegAllocationHint(cur->reg, 0, Reg);
923         }
924       }
925     }
926   }
927
928   // For every interval in inactive we overlap with, mark the
929   // register as not free and update spill weights.
930   for (IntervalPtrs::const_iterator i = inactive_.begin(),
931          e = inactive_.end(); i != e; ++i) {
932     unsigned Reg = i->first->reg;
933     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) &&
934            "Can only allocate virtual registers!");
935     const TargetRegisterClass *RegRC = mri_->getRegClass(Reg);
936     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating, 
937     // don't check it.
938     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&
939         cur->overlapsFrom(*i->first, i->second-1)) {
940       Reg = vrm_->getPhys(Reg);
941       addRegUse(Reg);
942       SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(Reg, i->first->weight));
943     }
944   }
945   
946   // Speculatively check to see if we can get a register right now.  If not,
947   // we know we won't be able to by adding more constraints.  If so, we can
948   // check to see if it is valid.  Doing an exhaustive search of the fixed_ list
949   // is very bad (it contains all callee clobbered registers for any functions
950   // with a call), so we want to avoid doing that if possible.
951   unsigned physReg = getFreePhysReg(cur);
952   unsigned BestPhysReg = physReg;
953   if (physReg) {
954     // We got a register.  However, if it's in the fixed_ list, we might
955     // conflict with it.  Check to see if we conflict with it or any of its
956     // aliases.
957     SmallSet<unsigned, 8> RegAliases;
958     for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(physReg); *AS; ++AS)
959       RegAliases.insert(*AS);
960     
961     bool ConflictsWithFixed = false;
962     for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
963       IntervalPtr &IP = fixed_[i];
964       if (physReg == IP.first->reg || RegAliases.count(IP.first->reg)) {
965         // Okay, this reg is on the fixed list.  Check to see if we actually
966         // conflict.
967         LiveInterval *I = IP.first;
968         if (I->endNumber() > StartPosition) {
969           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
970           IP.second = II;
971           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
972             --II;
973           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
974             ConflictsWithFixed = true;
975             break;
976           }
977         }
978       }
979     }
980     
981     // Okay, the register picked by our speculative getFreePhysReg call turned
982     // out to be in use.  Actually add all of the conflicting fixed registers to
983     // regUse_ so we can do an accurate query.
984     if (ConflictsWithFixed) {
985       // For every interval in fixed we overlap with, mark the register as not
986       // free and update spill weights.
987       for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
988         IntervalPtr &IP = fixed_[i];
989         LiveInterval *I = IP.first;
990
991         const TargetRegisterClass *RegRC = OneClassForEachPhysReg[I->reg];
992         if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader &&       
993             I->endNumber() > StartPosition) {
994           LiveInterval::iterator II = I->advanceTo(IP.second, StartPosition);
995           IP.second = II;
996           if (II != I->begin() && II->start > StartPosition)
997             --II;
998           if (cur->overlapsFrom(*I, II)) {
999             unsigned reg = I->reg;
1000             addRegUse(reg);
1001             SpillWeightsToAdd.push_back(std::make_pair(reg, I->weight));
1002           }
1003         }
1004       }
1005
1006       // Using the newly updated regUse_ object, which includes conflicts in the
1007       // future, see if there are any registers available.
1008       physReg = getFreePhysReg(cur);
1009     }
1010   }
1011     
1012   // Restore the physical register tracker, removing information about the
1013   // future.
1014   restoreRegUses();
1015   
1016   // If we find a free register, we are done: assign this virtual to
1017   // the free physical register and add this interval to the active
1018   // list.
1019   if (physReg) {
1020     DOUT <<  tri_->getName(physReg) << '\n';
1021     vrm_->assignVirt2Phys(cur->reg, physReg);
1022     addRegUse(physReg);
1023     active_.push_back(std::make_pair(cur, cur->begin()));
1024     handled_.push_back(cur);
1025
1026     // "Upgrade" the physical register since it has been allocated.
1027     UpgradeRegister(physReg);
1028     if (LiveInterval *NextReloadLI = hasNextReloadInterval(cur)) {
1029       // "Downgrade" physReg to try to keep physReg from being allocated until
1030       // the next reload from the same SS is allocated. 
1031       mri_->setRegAllocationHint(NextReloadLI->reg, 0, physReg);
1032       DowngradeRegister(cur, physReg);
1033     }
1034     return;
1035   }
1036   DOUT << "no free registers\n";
1037
1038   // Compile the spill weights into an array that is better for scanning.
1039   std::vector<float> SpillWeights(tri_->getNumRegs(), 0.0f);
1040   for (std::vector<std::pair<unsigned, float> >::iterator
1041        I = SpillWeightsToAdd.begin(), E = SpillWeightsToAdd.end(); I != E; ++I)
1042     updateSpillWeights(SpillWeights, I->first, I->second, RC);
1043   
1044   // for each interval in active, update spill weights.
1045   for (IntervalPtrs::const_iterator i = active_.begin(), e = active_.end();
1046        i != e; ++i) {
1047     unsigned reg = i->first->reg;
1048     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
1049            "Can only allocate virtual registers!");
1050     reg = vrm_->getPhys(reg);
1051     updateSpillWeights(SpillWeights, reg, i->first->weight, RC);
1052   }
1053  
1054   DOUT << "\tassigning stack slot at interval "<< *cur << ":\n";
1055
1056   // Find a register to spill.
1057   float minWeight = HUGE_VALF;
1058   unsigned minReg = 0;
1059
1060   bool Found = false;
1061   std::vector<std::pair<unsigned,float> > RegsWeights;
1062   if (!minReg || SpillWeights[minReg] == HUGE_VALF)
1063     for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
1064            e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
1065       unsigned reg = *i;
1066       float regWeight = SpillWeights[reg];
1067       if (minWeight > regWeight)
1068         Found = true;
1069       RegsWeights.push_back(std::make_pair(reg, regWeight));
1070     }
1071   
1072   // If we didn't find a register that is spillable, try aliases?
1073   if (!Found) {
1074     for (TargetRegisterClass::iterator i = RC->allocation_order_begin(*mf_),
1075            e = RC->allocation_order_end(*mf_); i != e; ++i) {
1076       unsigned reg = *i;
1077       // No need to worry about if the alias register size < regsize of RC.
1078       // We are going to spill all registers that alias it anyway.
1079       for (const unsigned* as = tri_->getAliasSet(reg); *as; ++as)
1080         RegsWeights.push_back(std::make_pair(*as, SpillWeights[*as]));
1081     }
1082   }
1083
1084   // Sort all potential spill candidates by weight.
1085   std::sort(RegsWeights.begin(), RegsWeights.end(), WeightCompare());
1086   minReg = RegsWeights[0].first;
1087   minWeight = RegsWeights[0].second;
1088   if (minWeight == HUGE_VALF) {
1089     // All registers must have inf weight. Just grab one!
1090     minReg = BestPhysReg ? BestPhysReg : *RC->allocation_order_begin(*mf_);
1091     if (cur->weight == HUGE_VALF ||
1092         li_->getApproximateInstructionCount(*cur) == 0) {
1093       // Spill a physical register around defs and uses.
1094       if (li_->spillPhysRegAroundRegDefsUses(*cur, minReg, *vrm_)) {
1095         // spillPhysRegAroundRegDefsUses may have invalidated iterator stored
1096         // in fixed_. Reset them.
1097         for (unsigned i = 0, e = fixed_.size(); i != e; ++i) {
1098           IntervalPtr &IP = fixed_[i];
1099           LiveInterval *I = IP.first;
1100           if (I->reg == minReg || tri_->isSubRegister(minReg, I->reg))
1101             IP.second = I->advanceTo(I->begin(), StartPosition);
1102         }
1103
1104         DowngradedRegs.clear();
1105         assignRegOrStackSlotAtInterval(cur);
1106       } else {
1107         llvm_report_error("Ran out of registers during register allocation!");
1108       }
1109       return;
1110     }
1111   }
1112
1113   // Find up to 3 registers to consider as spill candidates.
1114   unsigned LastCandidate = RegsWeights.size() >= 3 ? 3 : 1;
1115   while (LastCandidate > 1) {
1116     if (weightsAreClose(RegsWeights[LastCandidate-1].second, minWeight))
1117       break;
1118     --LastCandidate;
1119   }
1120
1121   DOUT << "\t\tregister(s) with min weight(s): ";
1122   DEBUG(for (unsigned i = 0; i != LastCandidate; ++i)
1123           DOUT << tri_->getName(RegsWeights[i].first)
1124                << " (" << RegsWeights[i].second << ")\n");
1125
1126   // If the current has the minimum weight, we need to spill it and
1127   // add any added intervals back to unhandled, and restart
1128   // linearscan.
1129   if (cur->weight != HUGE_VALF && cur->weight <= minWeight) {
1130     DOUT << "\t\t\tspilling(c): " << *cur << '\n';
1131     SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
1132     std::vector<LiveInterval*> added;
1133     
1134     if (!NewSpillFramework) {
1135       added = li_->addIntervalsForSpills(*cur, spillIs, loopInfo, *vrm_);
1136     } else {
1137       added = spiller_->spill(cur); 
1138     }
1139
1140     std::sort(added.begin(), added.end(), LISorter());
1141     addStackInterval(cur, ls_, li_, mri_, *vrm_);
1142     if (added.empty())
1143       return;  // Early exit if all spills were folded.
1144
1145     // Merge added with unhandled.  Note that we have already sorted
1146     // intervals returned by addIntervalsForSpills by their starting
1147     // point.
1148     // This also update the NextReloadMap. That is, it adds mapping from a
1149     // register defined by a reload from SS to the next reload from SS in the
1150     // same basic block.
1151     MachineBasicBlock *LastReloadMBB = 0;
1152     LiveInterval *LastReload = 0;
1153     int LastReloadSS = VirtRegMap::NO_STACK_SLOT;
1154     for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i) {
1155       LiveInterval *ReloadLi = added[i];
1156       if (ReloadLi->weight == HUGE_VALF &&
1157           li_->getApproximateInstructionCount(*ReloadLi) == 0) {
1158         unsigned ReloadIdx = ReloadLi->beginNumber();
1159         MachineBasicBlock *ReloadMBB = li_->getMBBFromIndex(ReloadIdx);
1160         int ReloadSS = vrm_->getStackSlot(ReloadLi->reg);
1161         if (LastReloadMBB == ReloadMBB && LastReloadSS == ReloadSS) {
1162           // Last reload of same SS is in the same MBB. We want to try to
1163           // allocate both reloads the same register and make sure the reg
1164           // isn't clobbered in between if at all possible.
1165           assert(LastReload->beginNumber() < ReloadIdx);
1166           NextReloadMap.insert(std::make_pair(LastReload->reg, ReloadLi->reg));
1167         }
1168         LastReloadMBB = ReloadMBB;
1169         LastReload = ReloadLi;
1170         LastReloadSS = ReloadSS;
1171       }
1172       unhandled_.push(ReloadLi);
1173     }
1174     return;
1175   }
1176
1177   ++NumBacktracks;
1178
1179   // Push the current interval back to unhandled since we are going
1180   // to re-run at least this iteration. Since we didn't modify it it
1181   // should go back right in the front of the list
1182   unhandled_.push(cur);
1183
1184   assert(TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(minReg) &&
1185          "did not choose a register to spill?");
1186
1187   // We spill all intervals aliasing the register with
1188   // minimum weight, rollback to the interval with the earliest
1189   // start point and let the linear scan algorithm run again
1190   SmallVector<LiveInterval*, 8> spillIs;
1191
1192   // Determine which intervals have to be spilled.
1193   findIntervalsToSpill(cur, RegsWeights, LastCandidate, spillIs);
1194
1195   // Set of spilled vregs (used later to rollback properly)
1196   SmallSet<unsigned, 8> spilled;
1197
1198   // The earliest start of a Spilled interval indicates up to where
1199   // in handled we need to roll back
1200   
1201   LiveInterval *earliestStartInterval = cur;
1202
1203   // Spill live intervals of virtual regs mapped to the physical register we
1204   // want to clear (and its aliases).  We only spill those that overlap with the
1205   // current interval as the rest do not affect its allocation. we also keep
1206   // track of the earliest start of all spilled live intervals since this will
1207   // mark our rollback point.
1208   std::vector<LiveInterval*> added;
1209   while (!spillIs.empty()) {
1210     LiveInterval *sli = spillIs.back();
1211     spillIs.pop_back();
1212     DOUT << "\t\t\tspilling(a): " << *sli << '\n';
1213     earliestStartInterval =
1214       (earliestStartInterval->beginNumber() < sli->beginNumber()) ?
1215          earliestStartInterval : sli;
1216        
1217     std::vector<LiveInterval*> newIs;
1218     if (!NewSpillFramework) {
1219       newIs = li_->addIntervalsForSpills(*sli, spillIs, loopInfo, *vrm_);
1220     } else {
1221       newIs = spiller_->spill(sli);
1222     }
1223     addStackInterval(sli, ls_, li_, mri_, *vrm_);
1224     std::copy(newIs.begin(), newIs.end(), std::back_inserter(added));
1225     spilled.insert(sli->reg);
1226   }
1227
1228   unsigned earliestStart = earliestStartInterval->beginNumber();
1229
1230   DOUT << "\t\trolling back to: " << earliestStart << '\n';
1231
1232   // Scan handled in reverse order up to the earliest start of a
1233   // spilled live interval and undo each one, restoring the state of
1234   // unhandled.
1235   while (!handled_.empty()) {
1236     LiveInterval* i = handled_.back();
1237     // If this interval starts before t we are done.
1238     if (i->beginNumber() < earliestStart)
1239       break;
1240     DOUT << "\t\t\tundo changes for: " << *i << '\n';
1241     handled_.pop_back();
1242
1243     // When undoing a live interval allocation we must know if it is active or
1244     // inactive to properly update regUse_ and the VirtRegMap.
1245     IntervalPtrs::iterator it;
1246     if ((it = FindIntervalInVector(active_, i)) != active_.end()) {
1247       active_.erase(it);
1248       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
1249       if (!spilled.count(i->reg))
1250         unhandled_.push(i);
1251       delRegUse(vrm_->getPhys(i->reg));
1252       vrm_->clearVirt(i->reg);
1253     } else if ((it = FindIntervalInVector(inactive_, i)) != inactive_.end()) {
1254       inactive_.erase(it);
1255       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(i->reg));
1256       if (!spilled.count(i->reg))
1257         unhandled_.push(i);
1258       vrm_->clearVirt(i->reg);
1259     } else {
1260       assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(i->reg) &&
1261              "Can only allocate virtual registers!");
1262       vrm_->clearVirt(i->reg);
1263       unhandled_.push(i);
1264     }
1265
1266     DenseMap<unsigned, unsigned>::iterator ii = DowngradeMap.find(i->reg);
1267     if (ii == DowngradeMap.end())
1268       // It interval has a preference, it must be defined by a copy. Clear the
1269       // preference now since the source interval allocation may have been
1270       // undone as well.
1271       mri_->setRegAllocationHint(i->reg, 0, 0);
1272     else {
1273       UpgradeRegister(ii->second);
1274     }
1275   }
1276
1277   // Rewind the iterators in the active, inactive, and fixed lists back to the
1278   // point we reverted to.
1279   RevertVectorIteratorsTo(active_, earliestStart);
1280   RevertVectorIteratorsTo(inactive_, earliestStart);
1281   RevertVectorIteratorsTo(fixed_, earliestStart);
1282
1283   // Scan the rest and undo each interval that expired after t and
1284   // insert it in active (the next iteration of the algorithm will
1285   // put it in inactive if required)
1286   for (unsigned i = 0, e = handled_.size(); i != e; ++i) {
1287     LiveInterval *HI = handled_[i];
1288     if (!HI->expiredAt(earliestStart) &&
1289         HI->expiredAt(cur->beginNumber())) {
1290       DOUT << "\t\t\tundo changes for: " << *HI << '\n';
1291       active_.push_back(std::make_pair(HI, HI->begin()));
1292       assert(!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(HI->reg));
1293       addRegUse(vrm_->getPhys(HI->reg));
1294     }
1295   }
1296
1297   // Merge added with unhandled.
1298   // This also update the NextReloadMap. That is, it adds mapping from a
1299   // register defined by a reload from SS to the next reload from SS in the
1300   // same basic block.
1301   MachineBasicBlock *LastReloadMBB = 0;
1302   LiveInterval *LastReload = 0;
1303   int LastReloadSS = VirtRegMap::NO_STACK_SLOT;
1304   std::sort(added.begin(), added.end(), LISorter());
1305   for (unsigned i = 0, e = added.size(); i != e; ++i) {
1306     LiveInterval *ReloadLi = added[i];
1307     if (ReloadLi->weight == HUGE_VALF &&
1308         li_->getApproximateInstructionCount(*ReloadLi) == 0) {
1309       unsigned ReloadIdx = ReloadLi->beginNumber();
1310       MachineBasicBlock *ReloadMBB = li_->getMBBFromIndex(ReloadIdx);
1311       int ReloadSS = vrm_->getStackSlot(ReloadLi->reg);
1312       if (LastReloadMBB == ReloadMBB && LastReloadSS == ReloadSS) {
1313         // Last reload of same SS is in the same MBB. We want to try to
1314         // allocate both reloads the same register and make sure the reg
1315         // isn't clobbered in between if at all possible.
1316         assert(LastReload->beginNumber() < ReloadIdx);
1317         NextReloadMap.insert(std::make_pair(LastReload->reg, ReloadLi->reg));
1318       }
1319       LastReloadMBB = ReloadMBB;
1320       LastReload = ReloadLi;
1321       LastReloadSS = ReloadSS;
1322     }
1323     unhandled_.push(ReloadLi);
1324   }
1325 }
1326
1327 unsigned RALinScan::getFreePhysReg(LiveInterval* cur,
1328                                    const TargetRegisterClass *RC,
1329                                    unsigned MaxInactiveCount,
1330                                    SmallVector<unsigned, 256> &inactiveCounts,
1331                                    bool SkipDGRegs) {
1332   unsigned FreeReg = 0;
1333   unsigned FreeRegInactiveCount = 0;
1334
1335   std::pair<unsigned, unsigned> Hint = mri_->getRegAllocationHint(cur->reg);
1336   // Resolve second part of the hint (if possible) given the current allocation.
1337   unsigned physReg = Hint.second;
1338   if (physReg &&
1339       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(physReg) && vrm_->hasPhys(physReg))
1340     physReg = vrm_->getPhys(physReg);
1341
1342   TargetRegisterClass::iterator I, E;
1343   tie(I, E) = tri_->getAllocationOrder(RC, Hint.first, physReg, *mf_);
1344   assert(I != E && "No allocatable register in this register class!");
1345
1346   // Scan for the first available register.
1347   for (; I != E; ++I) {
1348     unsigned Reg = *I;
1349     // Ignore "downgraded" registers.
1350     if (SkipDGRegs && DowngradedRegs.count(Reg))
1351       continue;
1352     if (isRegAvail(Reg)) {
1353       FreeReg = Reg;
1354       if (FreeReg < inactiveCounts.size())
1355         FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[FreeReg];
1356       else
1357         FreeRegInactiveCount = 0;
1358       break;
1359     }
1360   }
1361
1362   // If there are no free regs, or if this reg has the max inactive count,
1363   // return this register.
1364   if (FreeReg == 0 || FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount)
1365     return FreeReg;
1366  
1367   // Continue scanning the registers, looking for the one with the highest
1368   // inactive count.  Alkis found that this reduced register pressure very
1369   // slightly on X86 (in rev 1.94 of this file), though this should probably be
1370   // reevaluated now.
1371   for (; I != E; ++I) {
1372     unsigned Reg = *I;
1373     // Ignore "downgraded" registers.
1374     if (SkipDGRegs && DowngradedRegs.count(Reg))
1375       continue;
1376     if (isRegAvail(Reg) && Reg < inactiveCounts.size() &&
1377         FreeRegInactiveCount < inactiveCounts[Reg]) {
1378       FreeReg = Reg;
1379       FreeRegInactiveCount = inactiveCounts[Reg];
1380       if (FreeRegInactiveCount == MaxInactiveCount)
1381         break;    // We found the one with the max inactive count.
1382     }
1383   }
1384
1385   return FreeReg;
1386 }
1387
1388 /// getFreePhysReg - return a free physical register for this virtual register
1389 /// interval if we have one, otherwise return 0.
1390 unsigned RALinScan::getFreePhysReg(LiveInterval *cur) {
1391   SmallVector<unsigned, 256> inactiveCounts;
1392   unsigned MaxInactiveCount = 0;
1393   
1394   const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(cur->reg);
1395   const TargetRegisterClass *RCLeader = RelatedRegClasses.getLeaderValue(RC);
1396  
1397   for (IntervalPtrs::iterator i = inactive_.begin(), e = inactive_.end();
1398        i != e; ++i) {
1399     unsigned reg = i->first->reg;
1400     assert(TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(reg) &&
1401            "Can only allocate virtual registers!");
1402
1403     // If this is not in a related reg class to the register we're allocating, 
1404     // don't check it.
1405     const TargetRegisterClass *RegRC = mri_->getRegClass(reg);
1406     if (RelatedRegClasses.getLeaderValue(RegRC) == RCLeader) {
1407       reg = vrm_->getPhys(reg);
1408       if (inactiveCounts.size() <= reg)
1409         inactiveCounts.resize(reg+1);
1410       ++inactiveCounts[reg];
1411       MaxInactiveCount = std::max(MaxInactiveCount, inactiveCounts[reg]);
1412     }
1413   }
1414
1415   // If copy coalescer has assigned a "preferred" register, check if it's
1416   // available first.
1417   unsigned Preference = vrm_->getRegAllocPref(cur->reg);
1418   if (Preference) {
1419     DOUT << "(preferred: " << tri_->getName(Preference) << ") ";
1420     if (isRegAvail(Preference) && 
1421         RC->contains(Preference))
1422       return Preference;
1423   }
1424
1425   if (!DowngradedRegs.empty()) {
1426     unsigned FreeReg = getFreePhysReg(cur, RC, MaxInactiveCount, inactiveCounts,
1427                                       true);
1428     if (FreeReg)
1429       return FreeReg;
1430   }
1431   return getFreePhysReg(cur, RC, MaxInactiveCount, inactiveCounts, false);
1432 }
1433
1434 FunctionPass* llvm::createLinearScanRegisterAllocator() {
1435   return new RALinScan();
1436 }