s|llvm/Support/Visibility.h|llvm/Support/Compiler.h|
[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 *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(R);
412                *AliasSet; ++AliasSet) {
413             if (RC->contains(*AliasSet)) {
414               PhysReg = *AliasSet;    // Take an aliased register
415               break;
416             }
417           }
418         }
419       }
420     }
421
422     assert(PhysReg && "Physical register not assigned!?!?");
423
424     // At this point PhysRegsUseOrder[i] is the least recently used register of
425     // compatible register class.  Spill it to memory and reap its remains.
426     spillPhysReg(MBB, I, PhysReg);
427   }
428
429   // Now that we know which register we need to assign this to, do it now!
430   assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
431   return PhysReg;
432 }
433
434
435 /// reloadVirtReg - This method transforms the specified specified virtual
436 /// register use to refer to a physical register.  This method may do this in
437 /// one of several ways: if the register is available in a physical register
438 /// already, it uses that physical register.  If the value is not in a physical
439 /// register, and if there are physical registers available, it loads it into a
440 /// register.  If register pressure is high, and it is possible, it tries to
441 /// fold the load of the virtual register into the instruction itself.  It
442 /// avoids doing this if register pressure is low to improve the chance that
443 /// subsequent instructions can use the reloaded value.  This method returns the
444 /// modified instruction.
445 ///
446 MachineInstr *RA::reloadVirtReg(MachineBasicBlock &MBB, MachineInstr *MI,
447                                 unsigned OpNum) {
448   unsigned VirtReg = MI->getOperand(OpNum).getReg();
449
450   // If the virtual register is already available, just update the instruction
451   // and return.
452   if (unsigned PR = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg)) {
453     MarkPhysRegRecentlyUsed(PR);          // Already have this value available!
454     MI->getOperand(OpNum).setReg(PR);  // Assign the input register
455     return MI;
456   }
457
458   // Otherwise, we need to fold it into the current instruction, or reload it.
459   // If we have registers available to hold the value, use them.
460   const TargetRegisterClass *RC = MF->getSSARegMap()->getRegClass(VirtReg);
461   unsigned PhysReg = getFreeReg(RC);
462   int FrameIndex = getStackSpaceFor(VirtReg, RC);
463
464   if (PhysReg) {   // Register is available, allocate it!
465     assignVirtToPhysReg(VirtReg, PhysReg);
466   } else {         // No registers available.
467     // If we can fold this spill into this instruction, do so now.
468     if (MachineInstr* FMI = RegInfo->foldMemoryOperand(MI, OpNum, FrameIndex)){
469       ++NumFolded;
470       // Since we changed the address of MI, make sure to update live variables
471       // to know that the new instruction has the properties of the old one.
472       LV->instructionChanged(MI, FMI);
473       return MBB.insert(MBB.erase(MI), FMI);
474     }
475
476     // It looks like we can't fold this virtual register load into this
477     // instruction.  Force some poor hapless value out of the register file to
478     // make room for the new register, and reload it.
479     PhysReg = getReg(MBB, MI, VirtReg);
480   }
481
482   markVirtRegModified(VirtReg, false);   // Note that this reg was just reloaded
483
484   DEBUG(std::cerr << "  Reloading %reg" << VirtReg << " into "
485                   << RegInfo->getName(PhysReg) << "\n");
486
487   // Add move instruction(s)
488   RegInfo->loadRegFromStackSlot(MBB, MI, PhysReg, FrameIndex, RC);
489   ++NumLoads;    // Update statistics
490
491   PhysRegsEverUsed[PhysReg] = true;
492   MI->getOperand(OpNum).setReg(PhysReg);  // Assign the input register
493   return MI;
494 }
495
496
497
498 void RA::AllocateBasicBlock(MachineBasicBlock &MBB) {
499   // loop over each instruction
500   MachineBasicBlock::iterator MII = MBB.begin();
501   const TargetInstrInfo &TII = *TM->getInstrInfo();
502   
503   // If this is the first basic block in the machine function, add live-in
504   // registers as active.
505   if (&MBB == &*MF->begin()) {
506     for (MachineFunction::livein_iterator I = MF->livein_begin(),
507          E = MF->livein_end(); I != E; ++I) {
508       unsigned Reg = I->first;
509       PhysRegsEverUsed[Reg] = true;
510       PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
511       PhysRegsUseOrder.push_back(Reg);
512       for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(Reg);
513            *AliasSet; ++AliasSet) {
514         PhysRegsUseOrder.push_back(*AliasSet);
515         PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
516         PhysRegsEverUsed[*AliasSet] = true;
517       }
518     }    
519   }
520   
521   // Otherwise, sequentially allocate each instruction in the MBB.
522   while (MII != MBB.end()) {
523     MachineInstr *MI = MII++;
524     const TargetInstrDescriptor &TID = TII.get(MI->getOpcode());
525     DEBUG(std::cerr << "\nStarting RegAlloc of: " << *MI;
526           std::cerr << "  Regs have values: ";
527           for (unsigned i = 0; i != RegInfo->getNumRegs(); ++i)
528             if (PhysRegsUsed[i] != -1)
529                std::cerr << "[" << RegInfo->getName(i)
530                          << ",%reg" << PhysRegsUsed[i] << "] ";
531           std::cerr << "\n");
532
533     // Loop over the implicit uses, making sure that they are at the head of the
534     // use order list, so they don't get reallocated.
535     if (TID.ImplicitUses) {
536       for (const unsigned *ImplicitUses = TID.ImplicitUses;
537            *ImplicitUses; ++ImplicitUses)
538         MarkPhysRegRecentlyUsed(*ImplicitUses);
539     }
540
541     // Get the used operands into registers.  This has the potential to spill
542     // incoming values if we are out of registers.  Note that we completely
543     // ignore physical register uses here.  We assume that if an explicit
544     // physical register is referenced by the instruction, that it is guaranteed
545     // to be live-in, or the input is badly hosed.
546     //
547     for (unsigned i = 0; i != MI->getNumOperands(); ++i) {
548       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
549       // here we are looking for only used operands (never def&use)
550       if (!MO.isDef() && MO.isRegister() && MO.getReg() &&
551           MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg()))
552         MI = reloadVirtReg(MBB, MI, i);
553     }
554
555     // If this instruction is the last user of anything in registers, kill the
556     // value, freeing the register being used, so it doesn't need to be
557     // spilled to memory.
558     //
559     for (LiveVariables::killed_iterator KI = LV->killed_begin(MI),
560            KE = LV->killed_end(MI); KI != KE; ++KI) {
561       unsigned VirtReg = *KI;
562       unsigned PhysReg = VirtReg;
563       if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
564         // If the virtual register was never materialized into a register, it
565         // might not be in the map, but it won't hurt to zero it out anyway.
566         unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
567         PhysReg = PhysRegSlot;
568         PhysRegSlot = 0;
569       }
570
571       if (PhysReg) {
572         DEBUG(std::cerr << "  Last use of " << RegInfo->getName(PhysReg)
573               << "[%reg" << VirtReg <<"], removing it from live set\n");
574         removePhysReg(PhysReg);
575       }
576     }
577
578     // Loop over all of the operands of the instruction, spilling registers that
579     // are defined, and marking explicit destinations in the PhysRegsUsed map.
580     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
581       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
582       if (MO.isDef() && MO.isRegister() && MO.getReg() &&
583           MRegisterInfo::isPhysicalRegister(MO.getReg())) {
584         unsigned Reg = MO.getReg();
585         PhysRegsEverUsed[Reg] = true;
586         spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true); // Spill any existing value in the reg
587         PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
588         PhysRegsUseOrder.push_back(Reg);
589         for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(Reg);
590              *AliasSet; ++AliasSet) {
591           PhysRegsUseOrder.push_back(*AliasSet);
592           PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
593           PhysRegsEverUsed[*AliasSet] = true;
594         }
595       }
596     }
597
598     // Loop over the implicit defs, spilling them as well.
599     if (TID.ImplicitDefs) {
600       for (const unsigned *ImplicitDefs = TID.ImplicitDefs;
601            *ImplicitDefs; ++ImplicitDefs) {
602         unsigned Reg = *ImplicitDefs;
603         spillPhysReg(MBB, MI, Reg, true);
604         PhysRegsUseOrder.push_back(Reg);
605         PhysRegsUsed[Reg] = 0;            // It is free and reserved now
606         PhysRegsEverUsed[Reg] = true;
607
608         for (const unsigned *AliasSet = RegInfo->getAliasSet(Reg);
609              *AliasSet; ++AliasSet) {
610           PhysRegsUseOrder.push_back(*AliasSet);
611           PhysRegsUsed[*AliasSet] = 0;  // It is free and reserved now
612           PhysRegsEverUsed[*AliasSet] = true;
613         }
614       }
615     }
616
617     // Okay, we have allocated all of the source operands and spilled any values
618     // that would be destroyed by defs of this instruction.  Loop over the
619     // explicit defs and assign them to a register, spilling incoming values if
620     // we need to scavenge a register.
621     //
622     for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
623       MachineOperand& MO = MI->getOperand(i);
624       if (MO.isDef() && MO.isRegister() && MO.getReg() &&
625           MRegisterInfo::isVirtualRegister(MO.getReg())) {
626         unsigned DestVirtReg = MO.getReg();
627         unsigned DestPhysReg;
628
629         // If DestVirtReg already has a value, use it.
630         if (!(DestPhysReg = getVirt2PhysRegMapSlot(DestVirtReg)))
631           DestPhysReg = getReg(MBB, MI, DestVirtReg);
632         PhysRegsEverUsed[DestPhysReg] = true;
633         markVirtRegModified(DestVirtReg);
634         MI->getOperand(i).setReg(DestPhysReg);  // Assign the output register
635       }
636     }
637
638     // If this instruction defines any registers that are immediately dead,
639     // kill them now.
640     //
641     for (LiveVariables::killed_iterator KI = LV->dead_begin(MI),
642            KE = LV->dead_end(MI); KI != KE; ++KI) {
643       unsigned VirtReg = *KI;
644       unsigned PhysReg = VirtReg;
645       if (MRegisterInfo::isVirtualRegister(VirtReg)) {
646         unsigned &PhysRegSlot = getVirt2PhysRegMapSlot(VirtReg);
647         PhysReg = PhysRegSlot;
648         assert(PhysReg != 0);
649         PhysRegSlot = 0;
650       }
651
652       if (PhysReg) {
653         DEBUG(std::cerr << "  Register " << RegInfo->getName(PhysReg)
654               << " [%reg" << VirtReg
655               << "] is never used, removing it frame live list\n");
656         removePhysReg(PhysReg);
657       }
658     }
659     
660     // Finally, if this is a noop copy instruction, zap it.
661     unsigned SrcReg, DstReg;
662     if (TII.isMoveInstr(*MI, SrcReg, DstReg) && SrcReg == DstReg)
663       MBB.erase(MI);
664   }
665
666   MachineBasicBlock::iterator MI = MBB.getFirstTerminator();
667
668   // Spill all physical registers holding virtual registers now.
669   for (unsigned i = 0, e = RegInfo->getNumRegs(); i != e; ++i)
670     if (PhysRegsUsed[i] != -1)
671       if (unsigned VirtReg = PhysRegsUsed[i])
672         spillVirtReg(MBB, MI, VirtReg, i);
673       else
674         removePhysReg(i);
675
676 #if 0
677   // This checking code is very expensive.
678   bool AllOk = true;
679   for (unsigned i = MRegisterInfo::FirstVirtualRegister,
680            e = MF->getSSARegMap()->getLastVirtReg(); i <= e; ++i)
681     if (unsigned PR = Virt2PhysRegMap[i]) {
682       std::cerr << "Register still mapped: " << i << " -> " << PR << "\n";
683       AllOk = false;
684     }
685   assert(AllOk && "Virtual registers still in phys regs?");
686 #endif
687
688   // Clear any physical register which appear live at the end of the basic
689   // block, but which do not hold any virtual registers.  e.g., the stack
690   // pointer.
691   PhysRegsUseOrder.clear();
692 }
693
694
695 /// runOnMachineFunction - Register allocate the whole function
696 ///
697 bool RA::runOnMachineFunction(MachineFunction &Fn) {
698   DEBUG(std::cerr << "Machine Function " << "\n");
699   MF = &Fn;
700   TM = &Fn.getTarget();
701   RegInfo = TM->getRegisterInfo();
702   LV = &getAnalysis<LiveVariables>();
703
704   PhysRegsEverUsed = new bool[RegInfo->getNumRegs()];
705   std::fill(PhysRegsEverUsed, PhysRegsEverUsed+RegInfo->getNumRegs(), false);
706   Fn.setUsedPhysRegs(PhysRegsEverUsed);
707
708   PhysRegsUsed.assign(RegInfo->getNumRegs(), -1);
709
710   // initialize the virtual->physical register map to have a 'null'
711   // mapping for all virtual registers
712   Virt2PhysRegMap.grow(MF->getSSARegMap()->getLastVirtReg());
713
714   // Loop over all of the basic blocks, eliminating virtual register references
715   for (MachineFunction::iterator MBB = Fn.begin(), MBBe = Fn.end();
716        MBB != MBBe; ++MBB)
717     AllocateBasicBlock(*MBB);
718
719   StackSlotForVirtReg.clear();
720   PhysRegsUsed.clear();
721   VirtRegModified.clear();
722   Virt2PhysRegMap.clear();
723   return true;
724 }
725
726 FunctionPass *llvm::createLocalRegisterAllocator() {
727   return new RA();
728 }