Fix Regression/CodeGen/Generic/2006-09-02-LocalAllocCrash.ll on X86.
[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 was developed by the LLVM research group and is distributed under
6 // the University of Illinois Open Source 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/CodeGen/Passes.h"
17 #include "llvm/CodeGen/MachineFunctionPass.h"
18 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
19 #include "llvm/CodeGen/SSARegMap.h"
20 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
21 #include "llvm/CodeGen/LiveVariables.h"
22 #include "llvm/CodeGen/RegAllocRegistry.h"
23 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
24 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
25 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
26 #include "llvm/Support/Debug.h"
27 #include "llvm/Support/Compiler.h"
28 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
29 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
30 #include <algorithm>
31 #include <iostream>
32 using namespace llvm;
33
34 namespace {
35   static Statistic<> NumStores("ra-local", "Number of stores added");
36   static Statistic<> NumLoads ("ra-local", "Number of loads added");
37   static Statistic<> NumFolded("ra-local", "Number of loads/stores folded "
38                                "into instructions");
39
40   static RegisterRegAlloc
41     localRegAlloc("local", "  local register allocator",
42                   createLocalRegisterAllocator);
43
44
45   class VISIBILITY_HIDDEN RA : public MachineFunctionPass {
46     const TargetMachine *TM;
47     MachineFunction *MF;
48     const MRegisterInfo *RegInfo;
49     LiveVariables *LV;
50     bool *PhysRegsEverUsed;
51
52     // StackSlotForVirtReg - Maps virtual regs to the frame index where these
53     // values are spilled.
54     std::map<unsigned, int> StackSlotForVirtReg;
55
56     // Virt2PhysRegMap - This map contains entries for each virtual register
57     // that is currently available in a physical register.
58     DenseMap<unsigned, VirtReg2IndexFunctor> Virt2PhysRegMap;
59
60     unsigned &getVirt2PhysRegMapSlot(unsigned VirtReg) {
61       return Virt2PhysRegMap[VirtReg];
62     }
63
64     // PhysRegsUsed - This array is effectively a map, containing entries for
65     // each physical register that currently has a value (ie, it is in
66     // Virt2PhysRegMap).  The value mapped to is the virtual register
67     // corresponding to the physical register (the inverse of the
68     // Virt2PhysRegMap), or 0.  The value is set to 0 if this register is pinned
69     // because it is used by a future instruction.  If the entry for a physical
70     // register is -1, then the physical register is "not in the map".
71     //
72     std::vector<int> PhysRegsUsed;
73
74     // PhysRegsUseOrder - This contains a list of the physical registers that
75     // currently have a virtual register value in them.  This list provides an
76     // ordering of registers, imposing a reallocation order.  This list is only
77     // used if all registers are allocated and we have to spill one, in which
78     // case we spill the least recently used register.  Entries at the front of
79     // the list are the least recently used registers, entries at the back are
80     // the most recently used.
81     //
82     std::vector<unsigned> PhysRegsUseOrder;
83
84     // VirtRegModified - This bitset contains information about which virtual
85     // registers need to be spilled back to memory when their registers are
86     // scavenged.  If a virtual register has simply been rematerialized, there
87     // is no reason to spill it to memory when we need the register back.
88     //
89     std::vector<bool> VirtRegModified;
90
91     void markVirtRegModified(unsigned Reg, bool Val = true) {
92       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) && "Illegal VirtReg!");
93       Reg -= MRegisterInfo::FirstVirtualRegister;
94       if (VirtRegModified.size() <= Reg) VirtRegModified.resize(Reg+1);
95       VirtRegModified[Reg] = Val;
96     }
97
98     bool isVirtRegModified(unsigned Reg) const {
99       assert(MRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg) && "Illegal VirtReg!");
100       assert(Reg - MRegisterInfo::FirstVirtualRegister < VirtRegModified.size()
101              && "Illegal virtual register!");
102       return VirtRegModified[Reg - MRegisterInfo::FirstVirtualRegister];
103     }
104
105     void MarkPhysRegRecentlyUsed(unsigned Reg) {
106       if (PhysRegsUseOrder.empty() ||
107           PhysRegsUseOrder.back() == Reg) return;  // Already most recently used
108
109       for (unsigned i = PhysRegsUseOrder.size(); i != 0; --i)
110         if (areRegsEqual(Reg, PhysRegsUseOrder[i-1])) {
111           unsigned RegMatch = PhysRegsUseOrder[i-1];       // remove from middle
112           PhysRegsUseOrder.erase(PhysRegsUseOrder.begin()+i-1);
113           // Add it to the end of the list
114           PhysRegsUseOrder.push_back(RegMatch);
115           if (RegMatch == Reg)
116             return;    // Found an exact match, exit early
117         }
118     }
119
120   public:
121     virtual const char *getPassName() const {
122       return "Local Register Allocator";
123     }
124
125     virtual void getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
126       AU.addRequired<LiveVariables>();
127       AU.addRequiredID(PHIEliminationID);
128       AU.addRequiredID(TwoAddressInstructionPassID);
129       MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
130     }
131
132   private:
133     /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
134     bool runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn);
135
136     /// AllocateBasicBlock - Register allocate the specified basic block.
137     void AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB);
138
139
140     /// areRegsEqual - This method returns true if the specified registers are
141     /// related to each other.  To do this, it checks to see if they are equal
142     /// or if the first register is in the alias set of the second register.
143     ///
144     bool areRegsEqual(unsigned R1, unsigned R2) const {
145       if (R1 == R2) return true;
146       for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(R2);
147            *AliasSet; ++AliasSet) {
148         if (*AliasSet == R1) return true;
149       }
150       return false;
151     }
152
153     /// getStackSpaceFor - This returns the frame index of the specified virtual
154     /// register on the stack, allocating space if necessary.
155     int getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC);
156
157     /// removePhysReg - This method marks the specified physical register as no
158     /// longer being in use.
159     ///
160     void removePhysReg(unsigned PhysReg);
161
162     /// spillVirtReg - This method spills the value specified by PhysReg into
163     /// the virtual register slot specified by VirtReg.  It then updates the RA
164     /// data structures to indicate the fact that PhysReg is now available.
165     ///
166     void spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator MI,
167                       unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
168
169     /// spillPhysReg - This method spills the specified physical register into
170     /// the virtual register slot associated with it.  If OnlyVirtRegs is set to
171     /// true, then the request is ignored if the physical register does not
172     /// contain a virtual register.
173     ///
174     void spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
175                       unsigned PhysReg, bool OnlyVirtRegs = false);
176
177     /// assignVirtToPhysReg - This method updates local state so that we know
178     /// that PhysReg is the proper container for VirtReg now.  The physical
179     /// register must not be used for anything else when this is called.
180     ///
181     void assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg);
182
183     /// liberatePhysReg - Make sure the specified physical register is available
184     /// for use.  If there is currently a value in it, it is either moved out of
185     /// the way or spilled to memory.
186     ///
187     void liberatePhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
188                          unsigned PhysReg);
189
190     /// isPhysRegAvailable - Return true if the specified physical register is
191     /// free and available for use.  This also includes checking to see if
192     /// aliased registers are all free...
193     ///
194     bool isPhysRegAvailable(unsigned PhysReg) const;
195
196     /// getFreeReg - Look to see if there is a free register available in the
197     /// specified register class.  If not, return 0.
198     ///
199     unsigned getFreeReg(const TargetRegisterClass *RC);
200
201     /// getReg - Find a physical register to hold the specified virtual
202     /// register.  If all compatible physical registers are used, this method
203     /// spills the last used virtual register to the stack, and uses that
204     /// register.
205     ///
206     unsigned getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
207                     unsigned VirtReg);
208
209     /// reloadVirtReg - This method transforms the specified specified virtual
210     /// register use to refer to a physical register.  This method may do this
211     /// in one of several ways: if the register is available in a physical
212     /// register already, it uses that physical register.  If the value is not
213     /// in a physical register, and if there are physical registers available,
214     /// it loads it into a register.  If register pressure is high, and it is
215     /// possible, it tries to fold the load of the virtual register into the
216     /// instruction itself.  It avoids doing this if register pressure is low to
217     /// improve the chance that subsequent instructions can use the reloaded
218     /// value.  This method returns the modified instruction.
219     ///
220     MachineInstr *reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
221                                 unsigned OpNum);
222
223
224     void reloadPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
225                        unsigned PhysReg);
226   };
227 }
228
229 /// getStackSpaceFor - This allocates space for the specified virtual register
230 /// to be held on the stack.
231 int RA::getStackSpaceFor(unsigned VirtReg, const TargetRegisterClass *RC) {
232   // Find the location Reg would belong...
233   std::map<unsigned, int>::iterator I =StackSlotForVirtReg.lower_bound(VirtReg);
234
235   if (I != StackSlotForVirtReg.end() && I->first == VirtReg)
236     return I->second;          // Already has space allocated?
237
238   // Allocate a new stack object for this spill location...
239   int FrameIdx = MF->getFrameInfo()->CreateStackObject(RC->getSize(),
240                                                        RC->getAlignment());
241
242   // Assign the slot...
243   StackSlotForVirtReg.insert(I, std::make_pair(VirtReg, FrameIdx));
244   return FrameIdx;
245 }
246
247
248 /// removePhysReg - This method marks the specified physical register as no
249 /// longer being in use.
250 ///
251 void RA::removePhysReg(unsigned PhysReg) {
252   PhysRegsUsed[PhysReg] = -1;      // PhyReg no longer used
253
254   std::vector<unsigned>::iterator It =
255     std::find(PhysRegsUseOrder.begin(), PhysRegsUseOrder.end(), PhysReg);
256   if (It != PhysRegsUseOrder.end())
257     PhysRegsUseOrder.erase(It);
258 }
259
260
261 /// spillVirtReg - This method spills the value specified by PhysReg into the
262 /// virtual register slot specified by VirtReg.  It then updates the RA data
263 /// structures to indicate the fact that PhysReg is now available.
264 ///
265 void RA::spillVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator I,
266                       unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
267   assert(VirtReg && "Spilling a physical register is illegal!"
268          " Must not have appropriate kill for the register or use exists beyond"
269          " the intended one.");
270   DEBUG(std::cerr << "  Spilling register " << RegInfo->getName(PhysReg);
271         std::cerr << " containing %reg" << VirtReg;
272         if (!isVirtRegModified(VirtReg))
273         std::cerr << " which has not been modified, so no store necessary!");
274
275   // Otherwise, there is a virtual register corresponding to this physical
276   // register.  We only need to spill it into its stack slot if it has been
277   // modified.
278   if (isVirtRegModified(VirtReg)) {
279     const TargetRegisterClass *RC = MF->getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg);
280     int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
281     DEBUG(std::cerr << " to stack slot #" << FrameIndex);
282     RegInfo->storeRegToStackSlot(MBB, I, PhysReg, FrameIndex, RC);
283     ++NumStores;   // Update statistics
284   }
285
286   getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg) = 0;   // VirtReg no longer available
287
288   DEBUG(std::cerr << "\n");
289   removePhysReg(PhysReg);
290 }
291
292
293 /// spillPhysReg - This method spills the specified physical register into the
294 /// virtual register slot associated with it.  If OnlyVirtRegs is set to true,
295 /// then the request is ignored if the physical register does not contain a
296 /// virtual register.
297 ///
298 void RA::spillPhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
299                       unsigned PhysReg, bool OnlyVirtRegs) {
300   if (PhysRegsUsed[PhysReg] != -1) {            // Only spill it if it's used!
301     if (PhysRegsUsed[PhysReg] || !OnlyVirtRegs)
302       spillVirtReg(MBB, I, PhysRegsUsed[PhysReg], PhysReg);
303   } else {
304     // If the selected register aliases any other registers, we must make
305     // sure that one of the aliases isn't alive...
306     for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(PhysReg);
307          *AliasSet; ++AliasSet)
308       if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -1)     // Spill aliased register...
309         if (PhysRegsUsed[*AliasSet] || !OnlyVirtRegs)
310           spillVirtReg(MBB, I, PhysRegsUsed[*AliasSet], *AliasSet);
311   }
312 }
313
314
315 /// assignVirtToPhysReg - This method updates local state so that we know
316 /// that PhysReg is the proper container for VirtReg now.  The physical
317 /// register must not be used for anything else when this is called.
318 ///
319 void RA::assignVirtToPhysReg(unsigned VirtReg, unsigned PhysReg) {
320   assert(PhysRegsUsed[PhysReg] == -1 && "Phys reg already assigned!");
321   // Update information to note the fact that this register was just used, and
322   // it holds VirtReg.
323   PhysRegsUsed[PhysReg] = VirtReg;
324   getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg) = PhysReg;
325   PhysRegsUseOrder.push_back(PhysReg);   // New use of PhysReg
326 }
327
328
329 /// isPhysRegAvailable - Return true if the specified physical register is free
330 /// and available for use.  This also includes checking to see if aliased
331 /// registers are all free...
332 ///
333 bool RA::isPhysRegAvailable(unsigned PhysReg) const {
334   if (PhysRegsUsed[PhysReg] != -1) return false;
335
336   // If the selected register aliases any other allocated registers, it is
337   // not free!
338   for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(PhysReg);
339        *AliasSet; ++AliasSet)
340     if (PhysRegsUsed[*AliasSet] != -1) // Aliased register in use?
341       return false;                    // Can't use this reg then.
342   return true;
343 }
344
345
346 /// getFreeReg - Look to see if there is a free register available in the
347 /// specified register class.  If not, return 0.
348 ///
349 unsigned RA::getFreeReg(const TargetRegisterClass *RC) {
350   // Get iterators defining the range of registers that are valid to allocate in
351   // this class, which also specifies the preferred allocation order.
352   TargetRegisterClass::iterator RI = RC->allocation_order_begin(*MF);
353   TargetRegisterClass::iterator RE = RC->allocation_order_end(*MF);
354
355   for (; RI != RE; ++RI)
356     if (isPhysRegAvailable(*RI)) {       // Is reg unused?
357       assert(*RI != 0 && "Cannot use register!");
358       return *RI; // Found an unused register!
359     }
360   return 0;
361 }
362
363
364 /// liberatePhysReg - Make sure the specified physical register is available for
365 /// use.  If there is currently a value in it, it is either moved out of the way
366 /// or spilled to memory.
367 ///
368 void RA::liberatePhysReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineBasicBlock::iterator &I,
369                          unsigned PhysReg) {
370   spillPhysReg(MBB, I, PhysReg);
371 }
372
373
374 /// getReg - Find a physical register to hold the specified virtual
375 /// register.  If all compatible physical registers are used, this method spills
376 /// the last used virtual register to the stack, and uses that register.
377 ///
378 unsigned RA::getReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *I,
379                     unsigned VirtReg) {
380   const TargetRegisterClass *RC = MF->getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg);
381
382   // First check to see if we have a free register of the requested type...
383   unsigned PhysReg = getFreeReg(RC);
384
385   // If we didn't find an unused register, scavenge one now!
386   if (PhysReg == 0) {
387     assert(!PhysRegsUseOrder.empty() && "No allocated registers??");
388
389     // Loop over all of the preallocated registers from the least recently used
390     // to the most recently used.  When we find one that is capable of holding
391     // our register, use it.
392     for (unsigned i = 0; PhysReg == 0; ++i) {
393       assert(i != PhysRegsUseOrder.size() &&
394              "Couldn't find a register of the appropriate class!");
395
396       unsigned R = PhysRegsUseOrder[i];
397
398       // We can only use this register if it holds a virtual register (ie, it
399       // can be spilled).  Do not use it if it is an explicitly allocated
400       // physical register!
401       assert(PhysRegsUsed[R] != -1 &&
402              "PhysReg in PhysRegsUseOrder, but is not allocated?");
403       if (PhysRegsUsed[R]) {
404         // If the current register is compatible, use it.
405         if (RC->contains(R)) {
406           PhysReg = R;
407           break;
408         } else {
409           // If one of the registers aliased to the current register is
410           // compatible, use it.
411           for (const unsigned *AliasIt = RegInfo->getAliasSet(R);
412                *AliasIt; ++AliasIt) {
413             if (RC->contains(*AliasIt) &&
414                 // If this is pinned down for some reason, don't use it.  For
415                 // example, if CL is pinned, and we run across CH, don't use
416                 // CH as justification for using scavenging ECX (which will
417                 // fail).
418                 PhysRegsUsed[*AliasIt] != 0) {
419               PhysReg = *AliasIt;    // Take an aliased register
420               break;
421             }
422           }
423         }
424       }
425     }
426
427     assert(PhysReg && "Physical register not assigned!?!?");
428
429     // At this point PhysRegsUseOrder[i] is the least recently used register of
430     // compatible register class.  Spill it to memory and reap its remains.
431     spillPhysReg(MBB, I, PhysReg);
432   }
433
434   // Now that we know which register we need to assign this to, do it now!
435   assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
436   return PhysReg;
437 }
438
439
440 /// reloadVirtReg - This method transforms the specified specified virtual
441 /// register use to refer to a physical register.  This method may do this in
442 /// one of several ways: if the register is available in a physical register
443 /// already, it uses that physical register.  If the value is not in a physical
444 /// register, and if there are physical registers available, it loads it into a
445 /// register.  If register pressure is high, and it is possible, it tries to
446 /// fold the load of the virtual register into the instruction itself.  It
447 /// avoids doing this if register pressure is low to improve the chance that
448 /// subsequent instructions can use the reloaded value.  This method returns the
449 /// modified instruction.
450 ///
451 MachineInstr *RA::reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
452                                 unsigned OpNum) {
453   unsigned VirtReg = MI->getOperand(OpNum).getReg();
454
455   // If the virtual register is already available, just update the instruction
456   // and return.
457   if (unsigned PR = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg)) {
458     MarkPhysRegRecentlyUsed(PR);          // Already have this value available!
459     MI->getOperand(OpNum).setReg(PR);  // Assign the input register
460     return MI;
461   }
462
463   // Otherwise, we need to fold it into the current instruction, or reload it.
464   // If we have registers available to hold the value, use them.
465   const TargetRegisterClass *RC = MF->getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg);
466   unsigned PhysReg = getFreeReg(RC);
467   int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
468
469   if (PhysReg) {   // Register is available, allocate it!
470     assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
471   } else {         // No registers available.
472     // If we can fold this spill into this instruction, do so now.
473     if (MachineInstr* FMI = RegInfo->foldMemoryOperand(MI, OpNum, FrameIndex)){
474       ++NumFolded;
475       // Since we changed the address of MI, make sure to update live variables
476       // to know that the new instruction has the properties of the old one.
477       LV->instructionChanged(MI, FMI);
478       return MBB.insert(MBB.erase(MI), FMI);
479     }
480
481     // It looks like we can't fold this virtual register load into this
482     // instruction.  Force some poor hapless value out of the register file to
483     // make room for the new register, and reload it.
484     PhysReg = getReg(MBB, MI, VirtReg);
485   }
486
487   markVirtRegModified(VirtReg, false);   // Note that this reg was just reloaded
488
489   DEBUG(std::cerr << "  Reloading %reg" << VirtReg << " into "
490                   << RegInfo->getName(PhysReg) << "\n");
491
492   // Add move instruction(s)
493   RegInfo->loadRegFromStackSlot(MBB, MI, PhysReg, FrameIndex, RC);
494   ++NumLoads;    // Update statistics
495
496   PhysRegsEverUsed[PhysReg] = true;
497   MI->getOperand(OpNum).setReg(PhysReg);  // Assign the input register
498   return MI;
499 }
500
501
502
503 void RA::AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
504   // loop over each instruction
505   MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin();
506   const TargetInstrInfo &TII = *TM->getInstrInfo();
507   
508   // If this is the first basic block in the machine function, add live-in
509   // registers as active.
510   if (&MBB == &*MF->begin()) {
511     for (MachineFunction::livein_iterator I = MF->livein_begin(),
512          E = MF->livein_end(); I != E; ++I) {
513       unsigned Reg = I->first;
514       PhysRegsEverUsed[Reg] = true;
515       PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
516       PhysRegsUseOrder.push_back(Reg);
517       for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(Reg);
518            *AliasSet; ++AliasSet) {
519         PhysRegsUseOrder.push_back(*AliasSet);
520         PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
521         PhysRegsEverUsed[*AliasSet] = true;
522       }
523     }    
524   }
525   
526   // Otherwise, sequentially allocate each instruction in the MBB.
527   while (MII != MBB.end()) {
528     MachineInstr *MI = MII++;
529     const TargetInstrDescriptor &TID = TII.get(MI->getOpcode());
530     DEBUG(std::cerr << "\nStarting RegAlloc of: " << *MI;
531           std::cerr << "  Regs have values: ";
532           for (unsigned i = 0; i != RegInfo->getNumRegs(); ++i)
533             if (PhysRegsUsed[i] != -1)
534                std::cerr << "[" << RegInfo->getName(i)
535                          << ",%reg" << PhysRegsUsed[i] << "] ";
536           std::cerr << "\n");
537
538     // Loop over the implicit uses, making sure that they are at the head of the
539     // use order list, so they don't get reallocated.
540     if (TID.ImplicitUses) {
541       for (const unsigned *ImplicitUses = TID.ImplicitUses;
542            *ImplicitUses; ++ImplicitUses)
543         MarkPhysRegRecentlyUsed(*ImplicitUses);
544     }
545
546     // Get the used operands into registers.  This has the potential to spill
547     // incoming values if we are out of registers.  Note that we completely
548     // ignore physical register uses here.  We assume that if an explicit
549     // physical register is referenced by the instruction, that it is guaranteed
550     // to be live-in, or the input is badly hosed.
551     //
552     for (unsigned i = 0; i != MI->getNumOperands(); ++i) {
553       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
554       // here we are looking for only used operands (never def&use)
555       if (!MO.isDef() && MO.isRegister() && MO.getReg() &&
556           MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg()))
557         MI = reloadVirtReg(MBB, MI, i);
558     }
559
560     // If this instruction is the last user of anything in registers, kill the
561     // value, freeing the register being used, so it doesn't need to be
562     // spilled to memory.
563     //
564     for (LiveVariables::killed_iterator KI = LV->killed_begin(MI),
565            KE = LV->killed_end(MI); KI != KE; ++KI) {
566       unsigned VirtReg = *KI;
567       unsigned PhysReg = VirtReg;
568       if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
569         // If the virtual register was never materialized into a register, it
570         // might not be in the map, but it won't hurt to zero it out anyway.
571         unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
572         PhysReg = PhysRegSlot;
573         PhysRegSlot = 0;
574       }
575
576       if (PhysReg) {
577         DEBUG(std::cerr << "  Last use of " << RegInfo->getName(PhysReg)
578               << "[%reg" << VirtReg <<"], removing it from live set\n");
579         removePhysReg(PhysReg);
580       }
581     }
582
583     // Loop over all of the operands of the instruction, spilling registers that
584     // are defined, and marking explicit destinations in the PhysRegsUsed map.
585     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
586       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
587       if (MO.isDef() && MO.isRegister() && MO.getReg() &&
588           MRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg())) {
589         unsigned Reg = MO.getReg();
590         PhysRegsEverUsed[Reg] = true;
591         spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true); // Spill any existing value in the reg
592         PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
593         PhysRegsUseOrder.push_back(Reg);
594         for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(Reg);
595              *AliasSet; ++AliasSet) {
596           PhysRegsUseOrder.push_back(*AliasSet);
597           PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
598           PhysRegsEverUsed[*AliasSet] = true;
599         }
600       }
601     }
602
603     // Loop over the implicit defs, spilling them as well.
604     if (TID.ImplicitDefs) {
605       for (const unsigned *ImplicitDefs = TID.ImplicitDefs;
606            *ImplicitDefs; ++ImplicitDefs) {
607         unsigned Reg = *ImplicitDefs;
608         spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true);
609         PhysRegsUseOrder.push_back(Reg);
610         PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
611         PhysRegsEverUsed[Reg] = true;
612
613         for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(Reg);
614              *AliasSet; ++AliasSet) {
615           PhysRegsUseOrder.push_back(*AliasSet);
616           PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
617           PhysRegsEverUsed[*AliasSet] = true;
618         }
619       }
620     }
621
622     // Okay, we have allocated all of the source operands and spilled any values
623     // that would be destroyed by defs of this instruction.  Loop over the
624     // explicit defs and assign them to a register, spilling incoming values if
625     // we need to scavenge a register.
626     //
627     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
628       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
629       if (MO.isDef() && MO.isRegister() && MO.getReg() &&
630           MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
631         unsigned DestVirtReg = MO.getReg();
632         unsigned DestPhysReg;
633
634         // If DestVirtReg already has a value, use it.
635         if (!(DestPhysReg = getVirt2PhysRegMapSlot(DestVirtReg)))
636           DestPhysReg = getReg(MBB, MI, DestVirtReg);
637         PhysRegsEverUsed[DestPhysReg] = true;
638         markVirtRegModified(DestVirtReg);
639         MI->getOperand(i).setReg(DestPhysReg);  // Assign the output register
640       }
641     }
642
643     // If this instruction defines any registers that are immediately dead,
644     // kill them now.
645     //
646     for (LiveVariables::killed_iterator KI = LV->dead_begin(MI),
647            KE = LV->dead_end(MI); KI != KE; ++KI) {
648       unsigned VirtReg = *KI;
649       unsigned PhysReg = VirtReg;
650       if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
651         unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
652         PhysReg = PhysRegSlot;
653         assert(PhysReg != 0);
654         PhysRegSlot = 0;
655       }
656
657       if (PhysReg) {
658         DEBUG(std::cerr << "  Register " << RegInfo->getName(PhysReg)
659               << " [%reg" << VirtReg
660               << "] is never used, removing it frame live list\n");
661         removePhysReg(PhysReg);
662       }
663     }
664     
665     // Finally, if this is a noop copy instruction, zap it.
666     unsigned SrcReg, DstReg;
667     if (TII.isMoveInstr(*MI, SrcReg, DstReg) && SrcReg == DstReg) {
668       LV->removeVirtualRegistersKilled(MI);
669       LV->removeVirtualRegistersDead(MI);
670       MBB.erase(MI);
671     }
672   }
673
674   MachineBasicBlock::iterator MI = MBB.getFirstTerminator();
675
676   // Spill all physical registers holding virtual registers now.
677   for (unsigned i = 0, e = RegInfo->getNumRegs(); i != e; ++i)
678     if (PhysRegsUsed[i] != -1)
679       if (unsigned VirtReg = PhysRegsUsed[i])
680         spillVirtReg(MBB, MI, VirtReg, i);
681       else
682         removePhysReg(i);
683
684 #if 0
685   // This checking code is very expensive.
686   bool AllOk = true;
687   for (unsigned i = MRegisterInfo::FirstVirtualRegister,
688            e = MF->getSSARegMap()->getLastVirtReg(); i <= e; ++i)
689     if (unsigned PR = Virt2PhysRegMap[i]) {
690       std::cerr << "Register still mapped: " << i << " -> " << PR << "\n";
691       AllOk = false;
692     }
693   assert(AllOk && "Virtual registers still in phys regs?");
694 #endif
695
696   // Clear any physical register which appear live at the end of the basic
697   // block, but which do not hold any virtual registers.  e.g., the stack
698   // pointer.
699   PhysRegsUseOrder.clear();
700 }
701
702
703 /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
704 ///
705 bool RA::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
706   DEBUG(std::cerr << "Machine Function " << "\n");
707   MF = &Fn;
708   TM = &Fn.getTarget();
709   RegInfo = TM->getRegisterInfo();
710   LV = &getAnalysis<LiveVariables>();
711
712   PhysRegsEverUsed = new bool[RegInfo->getNumRegs()];
713   std::fill(PhysRegsEverUsed, PhysRegsEverUsed+RegInfo->getNumRegs(), false);
714   Fn.setUsedPhysRegs(PhysRegsEverUsed);
715
716   PhysRegsUsed.assign(RegInfo->getNumRegs(), -1);
717
718   // initialize the virtual->physical register map to have a 'null'
719   // mapping for all virtual registers
720   Virt2PhysRegMap.grow(MF->getSSARegMap()->getLastVirtReg());
721
722   // Loop over all of the basic blocks, eliminating virtual register references
723   for (MachineFunction::iterator MBB = Fn.begin(), MBBe = Fn.end();
724        MBB != MBBe; ++MBB)
725     AllocateBasicBlock(*MBB);
726
727   StackSlotForVirtReg.clear();
728   PhysRegsUsed.clear();
729   VirtRegModified.clear();
730   Virt2PhysRegMap.clear();
731   return true;
732 }
733
734 FunctionPass *llvm::createLocalRegisterAllocator() {
735   return new RA();
736 }