rename TargetInstrDescriptor -> TargetInstrDesc.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / RegAllocLocal.cpp
1 //===-- RegAllocLocal.cpp - A BasicBlock generic 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 register allocator allocates registers to a basic block at a time,
11 // attempting to keep values in registers and reusing registers as appropriate.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #define DEBUG_TYPE "regalloc"
16 #include "llvm/BasicBlock.h"
17 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
18 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
19 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
20 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
21 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
22 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
23 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
24 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
25 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
26 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
27 #include "llvm/Support/Debug.h"
28 #include "llvm/Support/Compiler.h"
29 #include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
30 #include "llvm/ADT/SmallVector.h"
31 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
32 #include <algorithm>
33 using namespace llvm;
34
35 STATISTIC(NumStores, "Number of stores added");
36 STATISTIC(NumLoads , "Number of loads added");
37 STATISTIC(NumFolded, "Number of loads/stores folded into instructions");
38
39 namespace {
40   static RegisterRegAlloc
41     localRegAlloc("local", "  local register allocator",
42                   createLocalRegisterAllocator);
43
44
45   class VISIBILITY_HIDDEN RALocal : public MachineFunctionPass {
46   public:
47     static char ID;
48     RALocal() : MachineFunctionPass((intptr_t)&ID) {}
49   private:
50     const TargetMachine *TM;
51     MachineFunction *MF;
52     const MRegisterInfo *MRI;
53     const TargetInstrInfo *TII;
54     LiveVariables *LV;
55
56     // StackSlotForVirtReg - Maps virtual regs to the frame index where these
57     // values are spilled.
58     std::map<unsigned, int> StackSlotForVirtReg;
59
60     // Virt2PhysRegMap - This map contains entries for each virtual register
61     // that is currently available in a physical register.
62     IndexedMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> Virt2PhysRegMap;
63
64     unsigned &getVirt2PhysRegMapSlot(unsigned VirtReg) {
65       return Virt2PhysRegMap[VirtReg];
66     }
67
68     // PhysRegsUsed - This array is effectively a map, containing entries for
69     // each physical register that currently has a value (ie, it is in
70     // Virt2PhysRegMap).  The value mapped to is the virtual register
71     // corresponding to the physical register (the inverse of the
72     // Virt2PhysRegMap), or 0.  The value is set to 0 if this register is pinned
73     // because it is used by a future instruction, and to -2 if it is not
74     // allocatable.  If the entry for a physical register is -1, then the
75     // physical register is "not in the map".
76     //
77     std::vector<int> PhysRegsUsed;
78
79     // PhysRegsUseOrder - This contains a list of the physical registers that
80     // currently have a virtual register value in them.  This list provides an
81     // ordering of registers, imposing a reallocation order.  This list is only
82     // used if all registers are allocated and we have to spill one, in which
83     // case we spill the least recently used register.  Entries at the front of
84     // the list are the least recently used registers, entries at the back are
85     // the most recently used.
86     //
87     std::vector<unsigned> PhysRegsUseOrder;
88
89     // VirtRegModified - This bitset contains information about which virtual
90     // registers need to be spilled back to memory when their registers are
91     // scavenged.  If a virtual register has simply been rematerialized, there
92     // is no reason to spill it to memory when we need the register back.
93     //
94     std::vector<bool> VirtRegModified;
95
96     void markVirtRegModified(unsigned Reg, bool Val = true) {
97       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) && "Illegal VirtReg!");
98       Reg -= MRegisterInfo::FirstVirtualRegister;
99       if (VirtRegModified.size() <= Reg) VirtRegModified.resize(Reg+1);
100       VirtRegModified[Reg] = Val;
101     }
102
103     bool isVirtRegModified(unsigned Reg) const {
104       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) && "Illegal VirtReg!");
105       assert(Reg - MRegisterInfo::FirstVirtualRegister < VirtRegModified.size()
106              && "Illegal virtual register!");
107       return VirtRegModified[Reg - MRegisterInfo::FirstVirtualRegister];
108     }
109
110     void AddToPhysRegsUseOrder(unsigned Reg) {
111       std::vector<unsigned>::iterator It =
112         std::find(PhysRegsUseOrder.begin(), PhysRegsUseOrder.end(), Reg);
113       if (It != PhysRegsUseOrder.end())
114         PhysRegsUseOrder.erase(It);
115       PhysRegsUseOrder.push_back(Reg);
116     }
117
118     void MarkPhysRegRecentlyUsed(unsigned Reg) {
119       if (PhysRegsUseOrder.empty() ||
120           PhysRegsUseOrder.back() == Reg) return;  // Already most recently used
121
122       for (unsigned i = PhysRegsUseOrder.size(); i != 0; --i)
123         if (areRegsEqual(Reg, PhysRegsUseOrder[i-1])) {
124           unsigned RegMatch = PhysRegsUseOrder[i-1];       // remove from middle
125           PhysRegsUseOrder.erase(PhysRegsUseOrder.begin()+i-1);
126           // Add it to the end of the list
127           PhysRegsUseOrder.push_back(RegMatch);
128           if (RegMatch == Reg)
129             return;    // Found an exact match, exit early
130         }
131     }
132
133   public:
134     virtual const char *getPassName() const {
135       return "Local Register Allocator";
136     }
137
138     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
139       AU.addRequired<LiveVariables>();
140       AU.addRequiredID(PHIEliminationID);
141       AU.addRequiredID(TwoAddressInstructionPassID);
142       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
143     }
144
145   private:
146     /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
147     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn);
148
149     /// AllocateBasicBlock - Register allocate the specified basic block.
150     void AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB);
151
152
153     /// areRegsEqual - This method returns true if the specified registers are
154     /// related to each other.  To do this, it checks to see if they are equal
155     /// or if the first register is in the alias set of the second register.
156     ///
157     bool areRegsEqual(unsigned R1, unsigned R2) const {
158       if (R1 == R2) return true;
159       for (const unsigned *AliasSet = MRI->getAliasSet(R2);
160            *AliasSet; ++AliasSet) {
161         if (*AliasSet == R1) return true;
162       }
163       return false;
164     }
165
166     /// getStackSpaceFor - This returns the frame index of the specified virtual
167     /// register on the stack, allocating space if necessary.
168     int getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC);
169
170     /// removePhysReg - This method marks the specified physical register as no
171     /// longer being in use.
172     ///
173     void removePhysReg(unsigned PhysReg);
174
175     /// spillVirtReg - This method spills the value specified by PhysReg into
176     /// the virtual register slot specified by VirtReg.  It then updates the RA
177     /// data structures to indicate the fact that PhysReg is now available.
178     ///
179     void spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator MI,
180                       unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
181
182     /// spillPhysReg - This method spills the specified physical register into
183     /// the virtual register slot associated with it.  If OnlyVirtRegs is set to
184     /// true, then the request is ignored if the physical register does not
185     /// contain a virtual register.
186     ///
187     void spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
188                       unsigned PhysReg, bool OnlyVirtRegs = false);
189
190     /// assignVirtToPhysReg - This method updates local state so that we know
191     /// that PhysReg is the proper container for VirtReg now.  The physical
192     /// register must not be used for anything else when this is called.
193     ///
194     void assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
195
196     /// isPhysRegAvailable - Return true if the specified physical register is
197     /// free and available for use.  This also includes checking to see if
198     /// aliased registers are all free...
199     ///
200     bool isPhysRegAvailable(unsigned PhysReg) const;
201
202     /// getFreeReg - Look to see if there is a free register available in the
203     /// specified register class.  If not, return 0.
204     ///
205     unsigned getFreeReg(const TargetRegisterClass *RC);
206
207     /// getReg - Find a physical register to hold the specified virtual
208     /// register.  If all compatible physical registers are used, this method
209     /// spills the last used virtual register to the stack, and uses that
210     /// register.
211     ///
212     unsigned getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
213                     unsigned VirtReg);
214
215     /// reloadVirtReg - This method transforms the specified specified virtual
216     /// register use to refer to a physical register.  This method may do this
217     /// in one of several ways: if the register is available in a physical
218     /// register already, it uses that physical register.  If the value is not
219     /// in a physical register, and if there are physical registers available,
220     /// it loads it into a register.  If register pressure is high, and it is
221     /// possible, it tries to fold the load of the virtual register into the
222     /// instruction itself.  It avoids doing this if register pressure is low to
223     /// improve the chance that subsequent instructions can use the reloaded
224     /// value.  This method returns the modified instruction.
225     ///
226     MachineInstr *reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
227                                 unsigned OpNum);
228
229
230     void reloadPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
231                        unsigned PhysReg);
232   };
233   char RALocal::ID = 0;
234 }
235
236 /// getStackSpaceFor - This allocates space for the specified virtual register
237 /// to be held on the stack.
238 int RALocal::getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC) {
239   // Find the location Reg would belong...
240   std::map<unsigned, int>::iterator I =StackSlotForVirtReg.lower_bound(VirtReg);
241
242   if (I != StackSlotForVirtReg.end() && I->first == VirtReg)
243     return I->second;          // Already has space allocated?
244
245   // Allocate a new stack object for this spill location...
246   int FrameIdx = MF->getFrameInfo()->CreateStackObject(RC->getSize(),
247                                                        RC->getAlignment());
248
249   // Assign the slot...
250   StackSlotForVirtReg.insert(I, std::make_pair(VirtReg, FrameIdx));
251   return FrameIdx;
252 }
253
254
255 /// removePhysReg - This method marks the specified physical register as no
256 /// longer being in use.
257 ///
258 void RALocal::removePhysReg(unsigned PhysReg) {
259   PhysRegsUsed[PhysReg] = -1;      // PhyReg no longer used
260
261   std::vector<unsigned>::iterator It =
262     std::find(PhysRegsUseOrder.begin(), PhysRegsUseOrder.end(), PhysReg);
263   if (It != PhysRegsUseOrder.end())
264     PhysRegsUseOrder.erase(It);
265 }
266
267
268 /// spillVirtReg - This method spills the value specified by PhysReg into the
269 /// virtual register slot specified by VirtReg.  It then updates the RA data
270 /// structures to indicate the fact that PhysReg is now available.
271 ///
272 void RALocal::spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB,
273                            MachineBasicBlock::iterator I,
274                            unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
275   assert(VirtReg && "Spilling a physical register is illegal!"
276          " Must not have appropriate kill for the register or use exists beyond"
277          " the intended one.");
278   DOUT << "  Spilling register " << MRI->getName(PhysReg)
279        << " containing %reg" << VirtReg;
280   
281   const TargetInstrInfo* TII = MBB.getParent()->getTarget().getInstrInfo();
282   
283   if (!isVirtRegModified(VirtReg))
284     DOUT << " which has not been modified, so no store necessary!";
285
286   // Otherwise, there is a virtual register corresponding to this physical
287   // register.  We only need to spill it into its stack slot if it has been
288   // modified.
289   if (isVirtRegModified(VirtReg)) {
290     const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
291     int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
292     DOUT << " to stack slot #" << FrameIndex;
293     TII->storeRegToStackSlot(MBB, I, PhysReg, true, FrameIndex, RC);
294     ++NumStores;   // Update statistics
295   }
296
297   getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg) = 0;   // VirtReg no longer available
298
299   DOUT << "\n";
300   removePhysReg(PhysReg);
301 }
302
303
304 /// spillPhysReg - This method spills the specified physical register into the
305 /// virtual register slot associated with it.  If OnlyVirtRegs is set to true,
306 /// then the request is ignored if the physical register does not contain a
307 /// virtual register.
308 ///
309 void RALocal::spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
310                            unsigned PhysReg, bool OnlyVirtRegs) {
311   if (PhysRegsUsed[PhysReg] != -1) {            // Only spill it if it's used!
312     assert(PhysRegsUsed[PhysReg] != -2 && "Non allocable reg used!");
313     if (PhysRegsUsed[PhysReg] || !OnlyVirtRegs)
314       spillVirtReg(MBB, I, PhysRegsUsed[PhysReg], PhysReg);
315   } else {
316     // If the selected register aliases any other registers, we must make
317     // sure that one of the aliases isn't alive.
318     for (const unsigned *AliasSet = MRI->getAliasSet(PhysReg);
319          *AliasSet; ++AliasSet)
320       if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -1 &&     // Spill aliased register.
321           PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2)       // If allocatable.
322           if (PhysRegsUsed[*AliasSet])
323             spillVirtReg(MBB, I, PhysRegsUsed[*AliasSet], *AliasSet);
324   }
325 }
326
327
328 /// assignVirtToPhysReg - This method updates local state so that we know
329 /// that PhysReg is the proper container for VirtReg now.  The physical
330 /// register must not be used for anything else when this is called.
331 ///
332 void RALocal::assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
333   assert(PhysRegsUsed[PhysReg] == -1 && "Phys reg already assigned!");
334   // Update information to note the fact that this register was just used, and
335   // it holds VirtReg.
336   PhysRegsUsed[PhysReg] = VirtReg;
337   getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg) = PhysReg;
338   AddToPhysRegsUseOrder(PhysReg);   // New use of PhysReg
339 }
340
341
342 /// isPhysRegAvailable - Return true if the specified physical register is free
343 /// and available for use.  This also includes checking to see if aliased
344 /// registers are all free...
345 ///
346 bool RALocal::isPhysRegAvailable(unsigned PhysReg) const {
347   if (PhysRegsUsed[PhysReg] != -1) return false;
348
349   // If the selected register aliases any other allocated registers, it is
350   // not free!
351   for (const unsigned *AliasSet = MRI->getAliasSet(PhysReg);
352        *AliasSet; ++AliasSet)
353     if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -1) // Aliased register in use?
354       return false;                    // Can't use this reg then.
355   return true;
356 }
357
358
359 /// getFreeReg - Look to see if there is a free register available in the
360 /// specified register class.  If not, return 0.
361 ///
362 unsigned RALocal::getFreeReg(const TargetRegisterClass *RC) {
363   // Get iterators defining the range of registers that are valid to allocate in
364   // this class, which also specifies the preferred allocation order.
365   TargetRegisterClass::iterator RI = RC->allocation_order_begin(*MF);
366   TargetRegisterClass::iterator RE = RC->allocation_order_end(*MF);
367
368   for (; RI != RE; ++RI)
369     if (isPhysRegAvailable(*RI)) {       // Is reg unused?
370       assert(*RI != 0 && "Cannot use register!");
371       return *RI; // Found an unused register!
372     }
373   return 0;
374 }
375
376
377 /// getReg - Find a physical register to hold the specified virtual
378 /// register.  If all compatible physical registers are used, this method spills
379 /// the last used virtual register to the stack, and uses that register.
380 ///
381 unsigned RALocal::getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
382                          unsigned VirtReg) {
383   const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
384
385   // First check to see if we have a free register of the requested type...
386   unsigned PhysReg = getFreeReg(RC);
387
388   // If we didn't find an unused register, scavenge one now!
389   if (PhysReg == 0) {
390     assert(!PhysRegsUseOrder.empty() && "No allocated registers??");
391
392     // Loop over all of the preallocated registers from the least recently used
393     // to the most recently used.  When we find one that is capable of holding
394     // our register, use it.
395     for (unsigned i = 0; PhysReg == 0; ++i) {
396       assert(i != PhysRegsUseOrder.size() &&
397              "Couldn't find a register of the appropriate class!");
398
399       unsigned R = PhysRegsUseOrder[i];
400
401       // We can only use this register if it holds a virtual register (ie, it
402       // can be spilled).  Do not use it if it is an explicitly allocated
403       // physical register!
404       assert(PhysRegsUsed[R] != -1 &&
405              "PhysReg in PhysRegsUseOrder, but is not allocated?");
406       if (PhysRegsUsed[R] && PhysRegsUsed[R] != -2) {
407         // If the current register is compatible, use it.
408         if (RC->contains(R)) {
409           PhysReg = R;
410           break;
411         } else {
412           // If one of the registers aliased to the current register is
413           // compatible, use it.
414           for (const unsigned *AliasIt = MRI->getAliasSet(R);
415                *AliasIt; ++AliasIt) {
416             if (RC->contains(*AliasIt) &&
417                 // If this is pinned down for some reason, don't use it.  For
418                 // example, if CL is pinned, and we run across CH, don't use
419                 // CH as justification for using scavenging ECX (which will
420                 // fail).
421                 PhysRegsUsed[*AliasIt] != 0 &&
422                 
423                 // Make sure the register is allocatable.  Don't allocate SIL on
424                 // x86-32.
425                 PhysRegsUsed[*AliasIt] != -2) {
426               PhysReg = *AliasIt;    // Take an aliased register
427               break;
428             }
429           }
430         }
431       }
432     }
433
434     assert(PhysReg && "Physical register not assigned!?!?");
435
436     // At this point PhysRegsUseOrder[i] is the least recently used register of
437     // compatible register class.  Spill it to memory and reap its remains.
438     spillPhysReg(MBB, I, PhysReg);
439   }
440
441   // Now that we know which register we need to assign this to, do it now!
442   assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
443   return PhysReg;
444 }
445
446
447 /// reloadVirtReg - This method transforms the specified specified virtual
448 /// register use to refer to a physical register.  This method may do this in
449 /// one of several ways: if the register is available in a physical register
450 /// already, it uses that physical register.  If the value is not in a physical
451 /// register, and if there are physical registers available, it loads it into a
452 /// register.  If register pressure is high, and it is possible, it tries to
453 /// fold the load of the virtual register into the instruction itself.  It
454 /// avoids doing this if register pressure is low to improve the chance that
455 /// subsequent instructions can use the reloaded value.  This method returns the
456 /// modified instruction.
457 ///
458 MachineInstr *RALocal::reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
459                                      unsigned OpNum) {
460   unsigned VirtReg = MI->getOperand(OpNum).getReg();
461
462   // If the virtual register is already available, just update the instruction
463   // and return.
464   if (unsigned PR = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg)) {
465     MarkPhysRegRecentlyUsed(PR);          // Already have this value available!
466     MI->getOperand(OpNum).setReg(PR);  // Assign the input register
467     return MI;
468   }
469
470   // Otherwise, we need to fold it into the current instruction, or reload it.
471   // If we have registers available to hold the value, use them.
472   const TargetRegisterClass *RC = MF->getRegInfo().getRegClass(VirtReg);
473   unsigned PhysReg = getFreeReg(RC);
474   int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
475
476   if (PhysReg) {   // Register is available, allocate it!
477     assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
478   } else {         // No registers available.
479     // If we can fold this spill into this instruction, do so now.
480     SmallVector<unsigned, 2> Ops;
481     Ops.push_back(OpNum);
482     if (MachineInstr* FMI = TII->foldMemoryOperand(MI, Ops, FrameIndex)) {
483       ++NumFolded;
484       // Since we changed the address of MI, make sure to update live variables
485       // to know that the new instruction has the properties of the old one.
486       LV->instructionChanged(MI, FMI);
487       return MBB.insert(MBB.erase(MI), FMI);
488     }
489
490     // It looks like we can't fold this virtual register load into this
491     // instruction.  Force some poor hapless value out of the register file to
492     // make room for the new register, and reload it.
493     PhysReg = getReg(MBB, MI, VirtReg);
494   }
495
496   markVirtRegModified(VirtReg, false);   // Note that this reg was just reloaded
497
498   DOUT << "  Reloading %reg" << VirtReg << " into "
499        << MRI->getName(PhysReg) << "\n";
500
501   // Add move instruction(s)
502   const TargetInstrInfo* TII = MBB.getParent()->getTarget().getInstrInfo();
503   TII->loadRegFromStackSlot(MBB, MI, PhysReg, FrameIndex, RC);
504   ++NumLoads;    // Update statistics
505
506   MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(PhysReg);
507   MI->getOperand(OpNum).setReg(PhysReg);  // Assign the input register
508   return MI;
509 }
510
511 /// isReadModWriteImplicitKill - True if this is an implicit kill for a
512 /// read/mod/write register, i.e. update partial register.
513 static bool isReadModWriteImplicitKill(MachineInstr *MI, unsigned Reg) {
514   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
515     MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
516     if (MO.isRegister() && MO.getReg() == Reg && MO.isImplicit() &&
517         MO.isDef() && !MO.isDead())
518       return true;
519   }
520   return false;
521 }
522
523 /// isReadModWriteImplicitDef - True if this is an implicit def for a
524 /// read/mod/write register, i.e. update partial register.
525 static bool isReadModWriteImplicitDef(MachineInstr *MI, unsigned Reg) {
526   for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
527     MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
528     if (MO.isRegister() && MO.getReg() == Reg && MO.isImplicit() &&
529         !MO.isDef() && MO.isKill())
530       return true;
531   }
532   return false;
533 }
534
535 void RALocal::AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
536   // loop over each instruction
537   MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin();
538   const TargetInstrInfo &TII = *TM->getInstrInfo();
539   
540   DEBUG(const BasicBlock *LBB = MBB.getBasicBlock();
541         if (LBB) DOUT << "\nStarting RegAlloc of BB: " << LBB->getName());
542
543   // If this is the first basic block in the machine function, add live-in
544   // registers as active.
545   if (&MBB == &*MF->begin()) {
546     for (MachineRegisterInfo::livein_iterator I=MF->getRegInfo().livein_begin(),
547          E = MF->getRegInfo().livein_end(); I != E; ++I) {
548       unsigned Reg = I->first;
549       MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(Reg);
550       PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
551       AddToPhysRegsUseOrder(Reg); 
552       for (const unsigned *AliasSet = MRI->getSubRegisters(Reg);
553            *AliasSet; ++AliasSet) {
554         if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
555           AddToPhysRegsUseOrder(*AliasSet); 
556           PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
557           MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(*AliasSet);
558         }
559       }
560     }    
561   }
562   
563   // Otherwise, sequentially allocate each instruction in the MBB.
564   while (MII != MBB.end()) {
565     MachineInstr *MI = MII++;
566     const TargetInstrDesc &TID = MI->getDesc();
567     DEBUG(DOUT << "\nStarting RegAlloc of: " << *MI;
568           DOUT << "  Regs have values: ";
569           for (unsigned i = 0; i != MRI->getNumRegs(); ++i)
570             if (PhysRegsUsed[i] != -1 && PhysRegsUsed[i] != -2)
571                DOUT << "[" << MRI->getName(i)
572                     << ",%reg" << PhysRegsUsed[i] << "] ";
573           DOUT << "\n");
574
575     // Loop over the implicit uses, making sure that they are at the head of the
576     // use order list, so they don't get reallocated.
577     if (TID.ImplicitUses) {
578       for (const unsigned *ImplicitUses = TID.ImplicitUses;
579            *ImplicitUses; ++ImplicitUses)
580         MarkPhysRegRecentlyUsed(*ImplicitUses);
581     }
582
583     SmallVector<unsigned, 8> Kills;
584     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
585       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
586       if (MO.isRegister() && MO.isKill()) {
587         if (!MO.isImplicit())
588           Kills.push_back(MO.getReg());
589         else if (!isReadModWriteImplicitKill(MI, MO.getReg()))
590           // These are extra physical register kills when a sub-register
591           // is defined (def of a sub-register is a read/mod/write of the
592           // larger registers). Ignore.
593           Kills.push_back(MO.getReg());
594       }
595     }
596
597     // Get the used operands into registers.  This has the potential to spill
598     // incoming values if we are out of registers.  Note that we completely
599     // ignore physical register uses here.  We assume that if an explicit
600     // physical register is referenced by the instruction, that it is guaranteed
601     // to be live-in, or the input is badly hosed.
602     //
603     for (unsigned i = 0; i != MI->getNumOperands(); ++i) {
604       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
605       // here we are looking for only used operands (never def&use)
606       if (MO.isRegister() && !MO.isDef() && MO.getReg() && !MO.isImplicit() &&
607           MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg()))
608         MI = reloadVirtReg(MBB, MI, i);
609     }
610
611     // If this instruction is the last user of this register, kill the
612     // value, freeing the register being used, so it doesn't need to be
613     // spilled to memory.
614     //
615     for (unsigned i = 0, e = Kills.size(); i != e; ++i) {
616       unsigned VirtReg = Kills[i];
617       unsigned PhysReg = VirtReg;
618       if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
619         // If the virtual register was never materialized into a register, it
620         // might not be in the map, but it won't hurt to zero it out anyway.
621         unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
622         PhysReg = PhysRegSlot;
623         PhysRegSlot = 0;
624       } else if (PhysRegsUsed[PhysReg] == -2) {
625         // Unallocatable register dead, ignore.
626         continue;
627       } else {
628         assert((!PhysRegsUsed[PhysReg] || PhysRegsUsed[PhysReg] == -1) &&
629                "Silently clearing a virtual register?");
630       }
631
632       if (PhysReg) {
633         DOUT << "  Last use of " << MRI->getName(PhysReg)
634              << "[%reg" << VirtReg <<"], removing it from live set\n";
635         removePhysReg(PhysReg);
636         for (const unsigned *AliasSet = MRI->getSubRegisters(PhysReg);
637              *AliasSet; ++AliasSet) {
638           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
639             DOUT  << "  Last use of "
640                   << MRI->getName(*AliasSet)
641                   << "[%reg" << VirtReg <<"], removing it from live set\n";
642             removePhysReg(*AliasSet);
643           }
644         }
645       }
646     }
647
648     // Loop over all of the operands of the instruction, spilling registers that
649     // are defined, and marking explicit destinations in the PhysRegsUsed map.
650     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
651       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
652       if (MO.isRegister() && MO.isDef() && !MO.isImplicit() && MO.getReg() &&
653           MRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg())) {
654         unsigned Reg = MO.getReg();
655         if (PhysRegsUsed[Reg] == -2) continue;  // Something like ESP.
656         // These are extra physical register defs when a sub-register
657         // is defined (def of a sub-register is a read/mod/write of the
658         // larger registers). Ignore.
659         if (isReadModWriteImplicitDef(MI, MO.getReg())) continue;
660
661         MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(Reg);
662         spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true); // Spill any existing value in reg
663         PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
664         AddToPhysRegsUseOrder(Reg); 
665
666         for (const unsigned *AliasSet = MRI->getSubRegisters(Reg);
667              *AliasSet; ++AliasSet) {
668           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
669             MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(*AliasSet);
670             PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
671             AddToPhysRegsUseOrder(*AliasSet); 
672           }
673         }
674       }
675     }
676
677     // Loop over the implicit defs, spilling them as well.
678     if (TID.ImplicitDefs) {
679       for (const unsigned *ImplicitDefs = TID.ImplicitDefs;
680            *ImplicitDefs; ++ImplicitDefs) {
681         unsigned Reg = *ImplicitDefs;
682         if (PhysRegsUsed[Reg] != -2) {
683           spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true);
684           AddToPhysRegsUseOrder(Reg); 
685           PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
686         }
687         MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(Reg);
688         for (const unsigned *AliasSet = MRI->getSubRegisters(Reg);
689              *AliasSet; ++AliasSet) {
690           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
691             AddToPhysRegsUseOrder(*AliasSet); 
692             PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
693             MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(*AliasSet);
694           }
695         }
696       }
697     }
698
699     SmallVector<unsigned, 8> DeadDefs;
700     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
701       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
702       if (MO.isRegister() && MO.isDead())
703         DeadDefs.push_back(MO.getReg());
704     }
705
706     // Okay, we have allocated all of the source operands and spilled any values
707     // that would be destroyed by defs of this instruction.  Loop over the
708     // explicit defs and assign them to a register, spilling incoming values if
709     // we need to scavenge a register.
710     //
711     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
712       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
713       if (MO.isRegister() && MO.isDef() && MO.getReg() &&
714           MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
715         unsigned DestVirtReg = MO.getReg();
716         unsigned DestPhysReg;
717
718         // If DestVirtReg already has a value, use it.
719         if (!(DestPhysReg = getVirt2PhysRegMapSlot(DestVirtReg)))
720           DestPhysReg = getReg(MBB, MI, DestVirtReg);
721         MF->getRegInfo().setPhysRegUsed(DestPhysReg);
722         markVirtRegModified(DestVirtReg);
723         MI->getOperand(i).setReg(DestPhysReg);  // Assign the output register
724       }
725     }
726
727     // If this instruction defines any registers that are immediately dead,
728     // kill them now.
729     //
730     for (unsigned i = 0, e = DeadDefs.size(); i != e; ++i) {
731       unsigned VirtReg = DeadDefs[i];
732       unsigned PhysReg = VirtReg;
733       if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
734         unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
735         PhysReg = PhysRegSlot;
736         assert(PhysReg != 0);
737         PhysRegSlot = 0;
738       } else if (PhysRegsUsed[PhysReg] == -2) {
739         // Unallocatable register dead, ignore.
740         continue;
741       }
742
743       if (PhysReg) {
744         DOUT  << "  Register " << MRI->getName(PhysReg)
745               << " [%reg" << VirtReg
746               << "] is never used, removing it frame live list\n";
747         removePhysReg(PhysReg);
748         for (const unsigned *AliasSet = MRI->getAliasSet(PhysReg);
749              *AliasSet; ++AliasSet) {
750           if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -2) {
751             DOUT  << "  Register " << MRI->getName(*AliasSet)
752                   << " [%reg" << *AliasSet
753                   << "] is never used, removing it frame live list\n";
754             removePhysReg(*AliasSet);
755           }
756         }
757       }
758     }
759     
760     // Finally, if this is a noop copy instruction, zap it.
761     unsigned SrcReg, DstReg;
762     if (TII.isMoveInstr(*MI, SrcReg, DstReg) && SrcReg == DstReg) {
763       LV->removeVirtualRegistersKilled(MI);
764       LV->removeVirtualRegistersDead(MI);
765       MBB.erase(MI);
766     }
767   }
768
769   MachineBasicBlock::iterator MI = MBB.getFirstTerminator();
770
771   // Spill all physical registers holding virtual registers now.
772   for (unsigned i = 0, e = MRI->getNumRegs(); i != e; ++i)
773     if (PhysRegsUsed[i] != -1 && PhysRegsUsed[i] != -2)
774       if (unsigned VirtReg = PhysRegsUsed[i])
775         spillVirtReg(MBB, MI, VirtReg, i);
776       else
777         removePhysReg(i);
778
779 #if 0
780   // This checking code is very expensive.
781   bool AllOk = true;
782   for (unsigned i = MRegisterInfo::FirstVirtualRegister,
783            e = MF->getRegInfo().getLastVirtReg(); i <= e; ++i)
784     if (unsigned PR = Virt2PhysRegMap[i]) {
785       cerr << "Register still mapped: " << i << " -> " << PR << "\n";
786       AllOk = false;
787     }
788   assert(AllOk && "Virtual registers still in phys regs?");
789 #endif
790
791   // Clear any physical register which appear live at the end of the basic
792   // block, but which do not hold any virtual registers.  e.g., the stack
793   // pointer.
794   PhysRegsUseOrder.clear();
795 }
796
797
798 /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
799 ///
800 bool RALocal::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
801   DOUT << "Machine Function " << "\n";
802   MF = &Fn;
803   TM = &Fn.getTarget();
804   MRI = TM->getRegisterInfo();
805   TII = TM->getInstrInfo();
806   LV = &getAnalysis<LiveVariables>();
807
808   PhysRegsUsed.assign(MRI->getNumRegs(), -1);
809   
810   // At various places we want to efficiently check to see whether a register
811   // is allocatable.  To handle this, we mark all unallocatable registers as
812   // being pinned down, permanently.
813   {
814     BitVector Allocable = MRI->getAllocatableSet(Fn);
815     for (unsigned i = 0, e = Allocable.size(); i != e; ++i)
816       if (!Allocable[i])
817         PhysRegsUsed[i] = -2;  // Mark the reg unallocable.
818   }
819
820   // initialize the virtual->physical register map to have a 'null'
821   // mapping for all virtual registers
822   Virt2PhysRegMap.grow(MF->getRegInfo().getLastVirtReg());
823
824   // Loop over all of the basic blocks, eliminating virtual register references
825   for (MachineFunction::iterator MBB = Fn.begin(), MBBe = Fn.end();
826        MBB != MBBe; ++MBB)
827     AllocateBasicBlock(*MBB);
828
829   StackSlotForVirtReg.clear();
830   PhysRegsUsed.clear();
831   VirtRegModified.clear();
832   Virt2PhysRegMap.clear();
833   return true;
834 }
835
836 FunctionPass *llvm::createLocalRegisterAllocator() {
837   return new RALocal();
838 }