lib/CodeGen/SimpleRegisterCoalescing.cpp

   1 //===-- SimpleRegisterCoalescing.cpp - Register Coalescing ----------------===//
   2 //
   3 //                     The LLVM Compiler Infrastructure
   4 //
   5 // This file is distributed under the University of Illinois Open Source
   6 // License. See LICENSE.TXT for details.
   7 //
   8 //===----------------------------------------------------------------------===//
   9 //
  10 // This file implements a simple register coalescing pass that attempts to
  11 // aggressively coalesce every register copy that it can.
  12 //
  13 //===----------------------------------------------------------------------===//
  14
  15 #define DEBUG_TYPE "regcoalescing"
  16 #include "RegisterCoalescer.h"
  17 #include "VirtRegMap.h"
  18 #include "LiveDebugVariables.h"
  19 #include "RegisterCoalescer.h"
  20 #include "llvm/CodeGen/LiveIntervalAnalysis.h"
  21 #include "llvm/Value.h"
  22 #include "llvm/Analysis/AliasAnalysis.h"
  23 #include "llvm/CodeGen/MachineFrameInfo.h"
  24 #include "llvm/CodeGen/MachineInstr.h"
  25 #include "llvm/CodeGen/MachineLoopInfo.h"
  26 #include "llvm/CodeGen/MachineRegisterInfo.h"
  27 #include "llvm/CodeGen/Passes.h"
  28 #include "llvm/Target/TargetInstrInfo.h"
  29 #include "llvm/Target/TargetMachine.h"
  30 #include "llvm/Target/TargetOptions.h"
  31 #include "llvm/Support/CommandLine.h"
  32 #include "llvm/Support/Debug.h"
  33 #include "llvm/Support/ErrorHandling.h"
  34 #include "llvm/Support/raw_ostream.h"
  35 #include "llvm/ADT/OwningPtr.h"
  36 #include "llvm/ADT/SmallSet.h"
  37 #include "llvm/ADT/Statistic.h"
  38 #include "llvm/ADT/STLExtras.h"
  39 #include <algorithm>
  40 #include <cmath>
  41 using namespace llvm;
  42
  43 STATISTIC(numJoins    , "Number of interval joins performed");
  44 STATISTIC(numCrossRCs , "Number of cross class joins performed");
  45 STATISTIC(numCommutes , "Number of instruction commuting performed");
  46 STATISTIC(numExtends  , "Number of copies extended");
  47 STATISTIC(NumReMats   , "Number of instructions re-materialized");
  48 STATISTIC(numPeep     , "Number of identity moves eliminated after coalescing");
  49 STATISTIC(numAborts   , "Number of times interval joining aborted");
  50
  51 char SimpleRegisterCoalescing::ID = 0;
  52 static cl::opt<bool>
  53 EnableJoining("join-liveintervals",
  54               cl::desc("Coalesce copies (default=true)"),
  55               cl::init(true));
  56
  57 static cl::opt<bool>
  58 DisableCrossClassJoin("disable-cross-class-join",
  59                cl::desc("Avoid coalescing cross register class copies"),
  60                cl::init(false), cl::Hidden);
  61
  62 static cl::opt<bool>
  63 EnablePhysicalJoin("join-physregs",
  64                    cl::desc("Join physical register copies"),
  65                    cl::init(false), cl::Hidden);
  66
  67 static cl::opt<bool>
  68 VerifyCoalescing("verify-coalescing",
  69          cl::desc("Verify machine instrs before and after register coalescing"),
  70          cl::Hidden);
  71
  72 INITIALIZE_AG_PASS_BEGIN(SimpleRegisterCoalescing, RegisterCoalescer,
  73                 "simple-register-coalescing", "Simple Register Coalescing",
  74                 false, false, true)
  75 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveIntervals)
  76 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(LiveDebugVariables)
  77 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(SlotIndexes)
  78 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(MachineLoopInfo)
  79 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(StrongPHIElimination)
  80 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(PHIElimination)
  81 INITIALIZE_PASS_DEPENDENCY(TwoAddressInstructionPass)
  82 INITIALIZE_AG_DEPENDENCY(AliasAnalysis)
  83 INITIALIZE_AG_PASS_END(SimpleRegisterCoalescing, RegisterCoalescer,
  84                 "simple-register-coalescing", "Simple Register Coalescing",
  85                 false, false, true)
  86
  87 char &llvm::SimpleRegisterCoalescingID = SimpleRegisterCoalescing::ID;
  88
  89 void SimpleRegisterCoalescing::getAnalysisUsage(AnalysisUsage &AU) const {
  90   AU.setPreservesCFG();
  91   AU.addRequired<AliasAnalysis>();
  92   AU.addRequired<LiveIntervals>();
  93   AU.addPreserved<LiveIntervals>();
  94   AU.addRequired<LiveDebugVariables>();
  95   AU.addPreserved<LiveDebugVariables>();
  96   AU.addPreserved<SlotIndexes>();
  97   AU.addRequired<MachineLoopInfo>();
  98   AU.addPreserved<MachineLoopInfo>();
  99   AU.addPreservedID(MachineDominatorsID);
 100   AU.addPreservedID(StrongPHIEliminationID);
 101   AU.addPreservedID(PHIEliminationID);
 102   AU.addPreservedID(TwoAddressInstructionPassID);
 103   MachineFunctionPass::getAnalysisUsage(AU);
 104 }
 105
 106 void SimpleRegisterCoalescing::markAsJoined(MachineInstr *CopyMI) {
 107   /// Joined copies are not deleted immediately, but kept in JoinedCopies.
 108   JoinedCopies.insert(CopyMI);
 109
 110   /// Mark all register operands of CopyMI as <undef> so they won't affect dead
 111   /// code elimination.
 112   for (MachineInstr::mop_iterator I = CopyMI->operands_begin(),
 113        E = CopyMI->operands_end(); I != E; ++I)
 114     if (I->isReg())
 115       I->setIsUndef(true);
 116 }
 117
 118 /// AdjustCopiesBackFrom - We found a non-trivially-coalescable copy with IntA
 119 /// being the source and IntB being the dest, thus this defines a value number
 120 /// in IntB.  If the source value number (in IntA) is defined by a copy from B,
 121 /// see if we can merge these two pieces of B into a single value number,
 122 /// eliminating a copy.  For example:
 123 ///
 124 ///  A3 = B0
 125 ///    ...
 126 ///  B1 = A3      <- this copy
 127 ///
 128 /// In this case, B0 can be extended to where the B1 copy lives, allowing the B1
 129 /// value number to be replaced with B0 (which simplifies the B liveinterval).
 130 ///
 131 /// This returns true if an interval was modified.
 132 ///
 133 bool SimpleRegisterCoalescing::AdjustCopiesBackFrom(const CoalescerPair &CP,
 134                                                     MachineInstr *CopyMI) {
 135   // Bail if there is no dst interval - can happen when merging physical subreg
 136   // operations.
 137   if (!li_->hasInterval(CP.getDstReg()))
 138     return false;
 139
 140   LiveInterval &IntA =
 141     li_->getInterval(CP.isFlipped() ? CP.getDstReg() : CP.getSrcReg());
 142   LiveInterval &IntB =
 143     li_->getInterval(CP.isFlipped() ? CP.getSrcReg() : CP.getDstReg());
 144   SlotIndex CopyIdx = li_->getInstructionIndex(CopyMI).getDefIndex();
 145
 146   // BValNo is a value number in B that is defined by a copy from A.  'B3' in
 147   // the example above.
 148   LiveInterval::iterator BLR = IntB.FindLiveRangeContaining(CopyIdx);
 149   if (BLR == IntB.end()) return false;
 150   VNInfo *BValNo = BLR->valno;
 151
 152   // Get the location that B is defined at.  Two options: either this value has
 153   // an unknown definition point or it is defined at CopyIdx.  If unknown, we
 154   // can't process it.
 155   if (!BValNo->isDefByCopy()) return false;
 156   assert(BValNo->def == CopyIdx && "Copy doesn't define the value?");
 157
 158   // AValNo is the value number in A that defines the copy, A3 in the example.
 159   SlotIndex CopyUseIdx = CopyIdx.getUseIndex();
 160   LiveInterval::iterator ALR = IntA.FindLiveRangeContaining(CopyUseIdx);
 161   // The live range might not exist after fun with physreg coalescing.
 162   if (ALR == IntA.end()) return false;
 163   VNInfo *AValNo = ALR->valno;
 164   // If it's re-defined by an early clobber somewhere in the live range, then
 165   // it's not safe to eliminate the copy. FIXME: This is a temporary workaround.
 166   // See PR3149:
 167   // 172     %ECX<def> = MOV32rr %reg1039<kill>
 168   // 180     INLINEASM <es:subl $5,$1
 169   //         sbbl $3,$0>, 10, %EAX<def>, 14, %ECX<earlyclobber,def>, 9,
 170   //         %EAX<kill>,
 171   // 36, <fi#0>, 1, %reg0, 0, 9, %ECX<kill>, 36, <fi#1>, 1, %reg0, 0
 172   // 188     %EAX<def> = MOV32rr %EAX<kill>
 173   // 196     %ECX<def> = MOV32rr %ECX<kill>
 174   // 204     %ECX<def> = MOV32rr %ECX<kill>
 175   // 212     %EAX<def> = MOV32rr %EAX<kill>
 176   // 220     %EAX<def> = MOV32rr %EAX
 177   // 228     %reg1039<def> = MOV32rr %ECX<kill>
 178   // The early clobber operand ties ECX input to the ECX def.
 179   //
 180   // The live interval of ECX is represented as this:
 181   // %reg20,inf = [46,47:1)[174,230:0)  0@174-(230) 1@46-(47)
 182   // The coalescer has no idea there was a def in the middle of [174,230].
 183   if (AValNo->hasRedefByEC())
 184     return false;
 185
 186   // If AValNo is defined as a copy from IntB, we can potentially process this.
 187   // Get the instruction that defines this value number.
 188   if (!CP.isCoalescable(AValNo->getCopy()))
 189     return false;
 190
 191   // Get the LiveRange in IntB that this value number starts with.
 192   LiveInterval::iterator ValLR =
 193     IntB.FindLiveRangeContaining(AValNo->def.getPrevSlot());
 194   if (ValLR == IntB.end())
 195     return false;
 196
 197   // Make sure that the end of the live range is inside the same block as
 198   // CopyMI.
 199   MachineInstr *ValLREndInst =
 200     li_->getInstructionFromIndex(ValLR->end.getPrevSlot());
 201   if (!ValLREndInst || ValLREndInst->getParent() != CopyMI->getParent())
 202     return false;
 203
 204   // Okay, we now know that ValLR ends in the same block that the CopyMI
 205   // live-range starts.  If there are no intervening live ranges between them in
 206   // IntB, we can merge them.
 207   if (ValLR+1 != BLR) return false;
 208
 209   // If a live interval is a physical register, conservatively check if any
 210   // of its aliases is overlapping the live interval of the virtual register.
 211   // If so, do not coalesce.
 212   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(IntB.reg)) {
 213     for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(IntB.reg); *AS; ++AS)
 214       if (li_->hasInterval(*AS) && IntA.overlaps(li_->getInterval(*AS))) {
 215         DEBUG({
 216             dbgs() << "\t\tInterfere with alias ";
 217             li_->getInterval(*AS).print(dbgs(), tri_);
 218           });
 219         return false;
 220       }
 221   }
 222
 223   DEBUG({
 224       dbgs() << "Extending: ";
 225       IntB.print(dbgs(), tri_);
 226     });
 227
 228   SlotIndex FillerStart = ValLR->end, FillerEnd = BLR->start;
 229   // We are about to delete CopyMI, so need to remove it as the 'instruction
 230   // that defines this value #'. Update the valnum with the new defining
 231   // instruction #.
 232   BValNo->def  = FillerStart;
 233   BValNo->setCopy(0);
 234
 235   // Okay, we can merge them.  We need to insert a new liverange:
 236   // [ValLR.end, BLR.begin) of either value number, then we merge the
 237   // two value numbers.
 238   IntB.addRange(LiveRange(FillerStart, FillerEnd, BValNo));
 239
 240   // If the IntB live range is assigned to a physical register, and if that
 241   // physreg has sub-registers, update their live intervals as well.
 242   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(IntB.reg)) {
 243     for (const unsigned *SR = tri_->getSubRegisters(IntB.reg); *SR; ++SR) {
 244       if (!li_->hasInterval(*SR))
 245         continue;
 246       LiveInterval &SRLI = li_->getInterval(*SR);
 247       SRLI.addRange(LiveRange(FillerStart, FillerEnd,
 248                               SRLI.getNextValue(FillerStart, 0,
 249                                                 li_->getVNInfoAllocator())));
 250     }
 251   }
 252
 253   // Okay, merge "B1" into the same value number as "B0".
 254   if (BValNo != ValLR->valno) {
 255     // If B1 is killed by a PHI, then the merged live range must also be killed
 256     // by the same PHI, as B0 and B1 can not overlap.
 257     bool HasPHIKill = BValNo->hasPHIKill();
 258     IntB.MergeValueNumberInto(BValNo, ValLR->valno);
 259     if (HasPHIKill)
 260       ValLR->valno->setHasPHIKill(true);
 261   }
 262   DEBUG({
 263       dbgs() << "   result = ";
 264       IntB.print(dbgs(), tri_);
 265       dbgs() << "\n";
 266     });
 267
 268   // If the source instruction was killing the source register before the
 269   // merge, unset the isKill marker given the live range has been extended.
 270   int UIdx = ValLREndInst->findRegisterUseOperandIdx(IntB.reg, true);
 271   if (UIdx != -1) {
 272     ValLREndInst->getOperand(UIdx).setIsKill(false);
 273   }
 274
 275   // If the copy instruction was killing the destination register before the
 276   // merge, find the last use and trim the live range. That will also add the
 277   // isKill marker.
 278   if (ALR->end == CopyIdx)
 279     li_->shrinkToUses(&IntA);
 280
 281   ++numExtends;
 282   return true;
 283 }
 284
 285 /// HasOtherReachingDefs - Return true if there are definitions of IntB
 286 /// other than BValNo val# that can reach uses of AValno val# of IntA.
 287 bool SimpleRegisterCoalescing::HasOtherReachingDefs(LiveInterval &IntA,
 288                                                     LiveInterval &IntB,
 289                                                     VNInfo *AValNo,
 290                                                     VNInfo *BValNo) {
 291   for (LiveInterval::iterator AI = IntA.begin(), AE = IntA.end();
 292        AI != AE; ++AI) {
 293     if (AI->valno != AValNo) continue;
 294     LiveInterval::Ranges::iterator BI =
 295       std::upper_bound(IntB.ranges.begin(), IntB.ranges.end(), AI->start);
 296     if (BI != IntB.ranges.begin())
 297       --BI;
 298     for (; BI != IntB.ranges.end() && AI->end >= BI->start; ++BI) {
 299       if (BI->valno == BValNo)
 300         continue;
 301       if (BI->start <= AI->start && BI->end > AI->start)
 302         return true;
 303       if (BI->start > AI->start && BI->start < AI->end)
 304         return true;
 305     }
 306   }
 307   return false;
 308 }
 309
 310 /// RemoveCopyByCommutingDef - We found a non-trivially-coalescable copy with
 311 /// IntA being the source and IntB being the dest, thus this defines a value
 312 /// number in IntB.  If the source value number (in IntA) is defined by a
 313 /// commutable instruction and its other operand is coalesced to the copy dest
 314 /// register, see if we can transform the copy into a noop by commuting the
 315 /// definition. For example,
 316 ///
 317 ///  A3 = op A2 B0<kill>
 318 ///    ...
 319 ///  B1 = A3      <- this copy
 320 ///    ...
 321 ///     = op A3   <- more uses
 322 ///
 323 /// ==>
 324 ///
 325 ///  B2 = op B0 A2<kill>
 326 ///    ...
 327 ///  B1 = B2      <- now an identify copy
 328 ///    ...
 329 ///     = op B2   <- more uses
 330 ///
 331 /// This returns true if an interval was modified.
 332 ///
 333 bool SimpleRegisterCoalescing::RemoveCopyByCommutingDef(const CoalescerPair &CP,
 334                                                         MachineInstr *CopyMI) {
 335   // FIXME: For now, only eliminate the copy by commuting its def when the
 336   // source register is a virtual register. We want to guard against cases
 337   // where the copy is a back edge copy and commuting the def lengthen the
 338   // live interval of the source register to the entire loop.
 339   if (CP.isPhys() && CP.isFlipped())
 340     return false;
 341
 342   // Bail if there is no dst interval.
 343   if (!li_->hasInterval(CP.getDstReg()))
 344     return false;
 345
 346   SlotIndex CopyIdx = li_->getInstructionIndex(CopyMI).getDefIndex();
 347
 348   LiveInterval &IntA =
 349     li_->getInterval(CP.isFlipped() ? CP.getDstReg() : CP.getSrcReg());
 350   LiveInterval &IntB =
 351     li_->getInterval(CP.isFlipped() ? CP.getSrcReg() : CP.getDstReg());
 352
 353   // BValNo is a value number in B that is defined by a copy from A. 'B3' in
 354   // the example above.
 355   VNInfo *BValNo = IntB.getVNInfoAt(CopyIdx);
 356   if (!BValNo || !BValNo->isDefByCopy())
 357     return false;
 358
 359   assert(BValNo->def == CopyIdx && "Copy doesn't define the value?");
 360
 361   // AValNo is the value number in A that defines the copy, A3 in the example.
 362   VNInfo *AValNo = IntA.getVNInfoAt(CopyIdx.getUseIndex());
 363   assert(AValNo && "COPY source not live");
 364
 365   // If other defs can reach uses of this def, then it's not safe to perform
 366   // the optimization.
 367   if (AValNo->isPHIDef() || AValNo->isUnused() || AValNo->hasPHIKill())
 368     return false;
 369   MachineInstr *DefMI = li_->getInstructionFromIndex(AValNo->def);
 370   if (!DefMI)
 371     return false;
 372   const TargetInstrDesc &TID = DefMI->getDesc();
 373   if (!TID.isCommutable())
 374     return false;
 375   // If DefMI is a two-address instruction then commuting it will change the
 376   // destination register.
 377   int DefIdx = DefMI->findRegisterDefOperandIdx(IntA.reg);
 378   assert(DefIdx != -1);
 379   unsigned UseOpIdx;
 380   if (!DefMI->isRegTiedToUseOperand(DefIdx, &UseOpIdx))
 381     return false;
 382   unsigned Op1, Op2, NewDstIdx;
 383   if (!tii_->findCommutedOpIndices(DefMI, Op1, Op2))
 384     return false;
 385   if (Op1 == UseOpIdx)
 386     NewDstIdx = Op2;
 387   else if (Op2 == UseOpIdx)
 388     NewDstIdx = Op1;
 389   else
 390     return false;
 391
 392   MachineOperand &NewDstMO = DefMI->getOperand(NewDstIdx);
 393   unsigned NewReg = NewDstMO.getReg();
 394   if (NewReg != IntB.reg || !NewDstMO.isKill())
 395     return false;
 396
 397   // Make sure there are no other definitions of IntB that would reach the
 398   // uses which the new definition can reach.
 399   if (HasOtherReachingDefs(IntA, IntB, AValNo, BValNo))
 400     return false;
 401
 402   // Abort if the aliases of IntB.reg have values that are not simply the
 403   // clobbers from the superreg.
 404   if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(IntB.reg))
 405     for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(IntB.reg); *AS; ++AS)
 406       if (li_->hasInterval(*AS) &&
 407           HasOtherReachingDefs(IntA, li_->getInterval(*AS), AValNo, 0))
 408         return false;
 409
 410   // If some of the uses of IntA.reg is already coalesced away, return false.
 411   // It's not possible to determine whether it's safe to perform the coalescing.
 412   for (MachineRegisterInfo::use_nodbg_iterator UI =
 413          mri_->use_nodbg_begin(IntA.reg),
 414        UE = mri_->use_nodbg_end(); UI != UE; ++UI) {
 415     MachineInstr *UseMI = &*UI;
 416     SlotIndex UseIdx = li_->getInstructionIndex(UseMI);
 417     LiveInterval::iterator ULR = IntA.FindLiveRangeContaining(UseIdx);
 418     if (ULR == IntA.end())
 419       continue;
 420     if (ULR->valno == AValNo && JoinedCopies.count(UseMI))
 421       return false;
 422   }
 423
 424   DEBUG(dbgs() << "\tRemoveCopyByCommutingDef: " << AValNo->def << '\t'
 425                << *DefMI);
 426
 427   // At this point we have decided that it is legal to do this
 428   // transformation.  Start by commuting the instruction.
 429   MachineBasicBlock *MBB = DefMI->getParent();
 430   MachineInstr *NewMI = tii_->commuteInstruction(DefMI);
 431   if (!NewMI)
 432     return false;
 433   if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(IntA.reg) &&
 434       TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(IntB.reg) &&
 435       !mri_->constrainRegClass(IntB.reg, mri_->getRegClass(IntA.reg)))
 436     return false;
 437   if (NewMI != DefMI) {
 438     li_->ReplaceMachineInstrInMaps(DefMI, NewMI);
 439     MBB->insert(DefMI, NewMI);
 440     MBB->erase(DefMI);
 441   }
 442   unsigned OpIdx = NewMI->findRegisterUseOperandIdx(IntA.reg, false);
 443   NewMI->getOperand(OpIdx).setIsKill();
 444
 445   // If ALR and BLR overlaps and end of BLR extends beyond end of ALR, e.g.
 446   // A = or A, B
 447   // ...
 448   // B = A
 449   // ...
 450   // C = A<kill>
 451   // ...
 452   //   = B
 453
 454   // Update uses of IntA of the specific Val# with IntB.
 455   for (MachineRegisterInfo::use_iterator UI = mri_->use_begin(IntA.reg),
 456          UE = mri_->use_end(); UI != UE;) {
 457     MachineOperand &UseMO = UI.getOperand();
 458     MachineInstr *UseMI = &*UI;
 459     ++UI;
 460     if (JoinedCopies.count(UseMI))
 461       continue;
 462     if (UseMI->isDebugValue()) {
 463       // FIXME These don't have an instruction index.  Not clear we have enough
 464       // info to decide whether to do this replacement or not.  For now do it.
 465       UseMO.setReg(NewReg);
 466       continue;
 467     }
 468     SlotIndex UseIdx = li_->getInstructionIndex(UseMI).getUseIndex();
 469     LiveInterval::iterator ULR = IntA.FindLiveRangeContaining(UseIdx);
 470     if (ULR == IntA.end() || ULR->valno != AValNo)
 471       continue;
 472     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(NewReg))
 473       UseMO.substPhysReg(NewReg, *tri_);
 474     else
 475       UseMO.setReg(NewReg);
 476     if (UseMI == CopyMI)
 477       continue;
 478     if (!UseMI->isCopy())
 479       continue;
 480     if (UseMI->getOperand(0).getReg() != IntB.reg ||
 481         UseMI->getOperand(0).getSubReg())
 482       continue;
 483
 484     // This copy will become a noop. If it's defining a new val#, merge it into
 485     // BValNo.
 486     SlotIndex DefIdx = UseIdx.getDefIndex();
 487     VNInfo *DVNI = IntB.getVNInfoAt(DefIdx);
 488     if (!DVNI)
 489       continue;
 490     DEBUG(dbgs() << "\t\tnoop: " << DefIdx << '\t' << *UseMI);
 491     assert(DVNI->def == DefIdx);
 492     BValNo = IntB.MergeValueNumberInto(BValNo, DVNI);
 493     markAsJoined(UseMI);
 494   }
 495
 496   // Extend BValNo by merging in IntA live ranges of AValNo. Val# definition
 497   // is updated.
 498   VNInfo *ValNo = BValNo;
 499   ValNo->def = AValNo->def;
 500   ValNo->setCopy(0);
 501   for (LiveInterval::iterator AI = IntA.begin(), AE = IntA.end();
 502        AI != AE; ++AI) {
 503     if (AI->valno != AValNo) continue;
 504     IntB.addRange(LiveRange(AI->start, AI->end, ValNo));
 505   }
 506   DEBUG(dbgs() << "\t\textended: " << IntB << '\n');
 507
 508   IntA.removeValNo(AValNo);
 509   DEBUG(dbgs() << "\t\ttrimmed:  " << IntA << '\n');
 510   ++numCommutes;
 511   return true;
 512 }
 513
 514 /// ReMaterializeTrivialDef - If the source of a copy is defined by a trivial
 515 /// computation, replace the copy by rematerialize the definition.
 516 bool SimpleRegisterCoalescing::ReMaterializeTrivialDef(LiveInterval &SrcInt,
 517                                                        bool preserveSrcInt,
 518                                                        unsigned DstReg,
 519                                                        unsigned DstSubIdx,
 520                                                        MachineInstr *CopyMI) {
 521   SlotIndex CopyIdx = li_->getInstructionIndex(CopyMI).getUseIndex();
 522   LiveInterval::iterator SrcLR = SrcInt.FindLiveRangeContaining(CopyIdx);
 523   assert(SrcLR != SrcInt.end() && "Live range not found!");
 524   VNInfo *ValNo = SrcLR->valno;
 525   // If other defs can reach uses of this def, then it's not safe to perform
 526   // the optimization.
 527   if (ValNo->isPHIDef() || ValNo->isUnused() || ValNo->hasPHIKill())
 528     return false;
 529   MachineInstr *DefMI = li_->getInstructionFromIndex(ValNo->def);
 530   if (!DefMI)
 531     return false;
 532   assert(DefMI && "Defining instruction disappeared");
 533   const TargetInstrDesc &TID = DefMI->getDesc();
 534   if (!TID.isAsCheapAsAMove())
 535     return false;
 536   if (!tii_->isTriviallyReMaterializable(DefMI, AA))
 537     return false;
 538   bool SawStore = false;
 539   if (!DefMI->isSafeToMove(tii_, AA, SawStore))
 540     return false;
 541   if (TID.getNumDefs() != 1)
 542     return false;
 543   if (!DefMI->isImplicitDef()) {
 544     // Make sure the copy destination register class fits the instruction
 545     // definition register class. The mismatch can happen as a result of earlier
 546     // extract_subreg, insert_subreg, subreg_to_reg coalescing.
 547     const TargetRegisterClass *RC = TID.OpInfo[0].getRegClass(tri_);
 548     if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(DstReg)) {
 549       if (mri_->getRegClass(DstReg) != RC)
 550         return false;
 551     } else if (!RC->contains(DstReg))
 552       return false;
 553   }
 554
 555   // If destination register has a sub-register index on it, make sure it
 556   // matches the instruction register class.
 557   if (DstSubIdx) {
 558     const TargetInstrDesc &TID = DefMI->getDesc();
 559     if (TID.getNumDefs() != 1)
 560       return false;
 561     const TargetRegisterClass *DstRC = mri_->getRegClass(DstReg);
 562     const TargetRegisterClass *DstSubRC =
 563       DstRC->getSubRegisterRegClass(DstSubIdx);
 564     const TargetRegisterClass *DefRC = TID.OpInfo[0].getRegClass(tri_);
 565     if (DefRC == DstRC)
 566       DstSubIdx = 0;
 567     else if (DefRC != DstSubRC)
 568       return false;
 569   }
 570
 571   RemoveCopyFlag(DstReg, CopyMI);
 572
 573   MachineBasicBlock *MBB = CopyMI->getParent();
 574   MachineBasicBlock::iterator MII =
 575     llvm::next(MachineBasicBlock::iterator(CopyMI));
 576   tii_->reMaterialize(*MBB, MII, DstReg, DstSubIdx, DefMI, *tri_);
 577   MachineInstr *NewMI = prior(MII);
 578
 579   // CopyMI may have implicit operands, transfer them over to the newly
 580   // rematerialized instruction. And update implicit def interval valnos.
 581   for (unsigned i = CopyMI->getDesc().getNumOperands(),
 582          e = CopyMI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
 583     MachineOperand &MO = CopyMI->getOperand(i);
 584     if (MO.isReg() && MO.isImplicit())
 585       NewMI->addOperand(MO);
 586     if (MO.isDef())
 587       RemoveCopyFlag(MO.getReg(), CopyMI);
 588   }
 589
 590   NewMI->copyImplicitOps(CopyMI);
 591   li_->ReplaceMachineInstrInMaps(CopyMI, NewMI);
 592   CopyMI->eraseFromParent();
 593   ReMatCopies.insert(CopyMI);
 594   ReMatDefs.insert(DefMI);
 595   DEBUG(dbgs() << "Remat: " << *NewMI);
 596   ++NumReMats;
 597
 598   // The source interval can become smaller because we removed a use.
 599   if (preserveSrcInt)
 600     li_->shrinkToUses(&SrcInt);
 601
 602   return true;
 603 }
 604
 605 /// UpdateRegDefsUses - Replace all defs and uses of SrcReg to DstReg and
 606 /// update the subregister number if it is not zero. If DstReg is a
 607 /// physical register and the existing subregister number of the def / use
 608 /// being updated is not zero, make sure to set it to the correct physical
 609 /// subregister.
 610 void
 611 SimpleRegisterCoalescing::UpdateRegDefsUses(const CoalescerPair &CP) {
 612   bool DstIsPhys = CP.isPhys();
 613   unsigned SrcReg = CP.getSrcReg();
 614   unsigned DstReg = CP.getDstReg();
 615   unsigned SubIdx = CP.getSubIdx();
 616
 617   // Update LiveDebugVariables.
 618   ldv_->renameRegister(SrcReg, DstReg, SubIdx);
 619
 620   for (MachineRegisterInfo::reg_iterator I = mri_->reg_begin(SrcReg);
 621        MachineInstr *UseMI = I.skipInstruction();) {
 622     // A PhysReg copy that won't be coalesced can perhaps be rematerialized
 623     // instead.
 624     if (DstIsPhys) {
 625       if (UseMI->isCopy() &&
 626           !UseMI->getOperand(1).getSubReg() &&
 627           !UseMI->getOperand(0).getSubReg() &&
 628           UseMI->getOperand(1).getReg() == SrcReg &&
 629           UseMI->getOperand(0).getReg() != SrcReg &&
 630           UseMI->getOperand(0).getReg() != DstReg &&
 631           !JoinedCopies.count(UseMI) &&
 632           ReMaterializeTrivialDef(li_->getInterval(SrcReg), false,
 633                                   UseMI->getOperand(0).getReg(), 0, UseMI))
 634         continue;
 635     }
 636
 637     SmallVector<unsigned,8> Ops;
 638     bool Reads, Writes;
 639     tie(Reads, Writes) = UseMI->readsWritesVirtualRegister(SrcReg, &Ops);
 640     bool Kills = false, Deads = false;
 641
 642     // Replace SrcReg with DstReg in all UseMI operands.
 643     for (unsigned i = 0, e = Ops.size(); i != e; ++i) {
 644       MachineOperand &MO = UseMI->getOperand(Ops[i]);
 645       Kills |= MO.isKill();
 646       Deads |= MO.isDead();
 647
 648       if (DstIsPhys)
 649         MO.substPhysReg(DstReg, *tri_);
 650       else
 651         MO.substVirtReg(DstReg, SubIdx, *tri_);
 652     }
 653
 654     // This instruction is a copy that will be removed.
 655     if (JoinedCopies.count(UseMI))
 656       continue;
 657
 658     if (SubIdx) {
 659       // If UseMI was a simple SrcReg def, make sure we didn't turn it into a
 660       // read-modify-write of DstReg.
 661       if (Deads)
 662         UseMI->addRegisterDead(DstReg, tri_);
 663       else if (!Reads && Writes)
 664         UseMI->addRegisterDefined(DstReg, tri_);
 665
 666       // Kill flags apply to the whole physical register.
 667       if (DstIsPhys && Kills)
 668         UseMI->addRegisterKilled(DstReg, tri_);
 669     }
 670
 671     DEBUG({
 672         dbgs() << "\t\tupdated: ";
 673         if (!UseMI->isDebugValue())
 674           dbgs() << li_->getInstructionIndex(UseMI) << "\t";
 675         dbgs() << *UseMI;
 676       });
 677   }
 678 }
 679
 680 /// removeIntervalIfEmpty - Check if the live interval of a physical register
 681 /// is empty, if so remove it and also remove the empty intervals of its
 682 /// sub-registers. Return true if live interval is removed.
 683 static bool removeIntervalIfEmpty(LiveInterval &li, LiveIntervals *li_,
 684                                   const TargetRegisterInfo *tri_) {
 685   if (li.empty()) {
 686     if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(li.reg))
 687       for (const unsigned* SR = tri_->getSubRegisters(li.reg); *SR; ++SR) {
 688         if (!li_->hasInterval(*SR))
 689           continue;
 690         LiveInterval &sli = li_->getInterval(*SR);
 691         if (sli.empty())
 692           li_->removeInterval(*SR);
 693       }
 694     li_->removeInterval(li.reg);
 695     return true;
 696   }
 697   return false;
 698 }
 699
 700 /// RemoveDeadDef - If a def of a live interval is now determined dead, remove
 701 /// the val# it defines. If the live interval becomes empty, remove it as well.
 702 bool SimpleRegisterCoalescing::RemoveDeadDef(LiveInterval &li,
 703                                              MachineInstr *DefMI) {
 704   SlotIndex DefIdx = li_->getInstructionIndex(DefMI).getDefIndex();
 705   LiveInterval::iterator MLR = li.FindLiveRangeContaining(DefIdx);
 706   if (DefIdx != MLR->valno->def)
 707     return false;
 708   li.removeValNo(MLR->valno);
 709   return removeIntervalIfEmpty(li, li_, tri_);
 710 }
 711
 712 void SimpleRegisterCoalescing::RemoveCopyFlag(unsigned DstReg,
 713                                               const MachineInstr *CopyMI) {
 714   SlotIndex DefIdx = li_->getInstructionIndex(CopyMI).getDefIndex();
 715   if (li_->hasInterval(DstReg)) {
 716     LiveInterval &LI = li_->getInterval(DstReg);
 717     if (const LiveRange *LR = LI.getLiveRangeContaining(DefIdx))
 718       if (LR->valno->def == DefIdx)
 719         LR->valno->setCopy(0);
 720   }
 721   if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg))
 722     return;
 723   for (const unsigned* AS = tri_->getAliasSet(DstReg); *AS; ++AS) {
 724     if (!li_->hasInterval(*AS))
 725       continue;
 726     LiveInterval &LI = li_->getInterval(*AS);
 727     if (const LiveRange *LR = LI.getLiveRangeContaining(DefIdx))
 728       if (LR->valno->def == DefIdx)
 729         LR->valno->setCopy(0);
 730   }
 731 }
 732
 733 /// shouldJoinPhys - Return true if a copy involving a physreg should be joined.
 734 /// We need to be careful about coalescing a source physical register with a
 735 /// virtual register. Once the coalescing is done, it cannot be broken and these
 736 /// are not spillable! If the destination interval uses are far away, think
 737 /// twice about coalescing them!
 738 bool SimpleRegisterCoalescing::shouldJoinPhys(CoalescerPair &CP) {
 739   bool Allocatable = li_->isAllocatable(CP.getDstReg());
 740   LiveInterval &JoinVInt = li_->getInterval(CP.getSrcReg());
 741
 742   /// Always join simple intervals that are defined by a single copy from a
 743   /// reserved register. This doesn't increase register pressure, so it is
 744   /// always beneficial.
 745   if (!Allocatable && CP.isFlipped() && JoinVInt.containsOneValue())
 746     return true;
 747
 748   if (!EnablePhysicalJoin) {
 749     DEBUG(dbgs() << "\tPhysreg joins disabled.\n");
 750     return false;
 751   }
 752
 753   // Only coalesce to allocatable physreg, we don't want to risk modifying
 754   // reserved registers.
 755   if (!Allocatable) {
 756     DEBUG(dbgs() << "\tRegister is an unallocatable physreg.\n");
 757     return false;  // Not coalescable.
 758   }
 759
 760   // Don't join with physregs that have a ridiculous number of live
 761   // ranges. The data structure performance is really bad when that
 762   // happens.
 763   if (li_->hasInterval(CP.getDstReg()) &&
 764       li_->getInterval(CP.getDstReg()).ranges.size() > 1000) {
 765     ++numAborts;
 766     DEBUG(dbgs()
 767           << "\tPhysical register live interval too complicated, abort!\n");
 768     return false;
 769   }
 770
 771   // FIXME: Why are we skipping this test for partial copies?
 772   //        CodeGen/X86/phys_subreg_coalesce-3.ll needs it.
 773   if (!CP.isPartial()) {
 774     const TargetRegisterClass *RC = mri_->getRegClass(CP.getSrcReg());
 775     unsigned Threshold = RegClassInfo.getNumAllocatableRegs(RC) * 2;
 776     unsigned Length = li_->getApproximateInstructionCount(JoinVInt);
 777     if (Length > Threshold) {
 778       ++numAborts;
 779       DEBUG(dbgs() << "\tMay tie down a physical register, abort!\n");
 780       return false;
 781     }
 782   }
 783   return true;
 784 }
 785
 786 /// isWinToJoinCrossClass - Return true if it's profitable to coalesce
 787 /// two virtual registers from different register classes.
 788 bool
 789 SimpleRegisterCoalescing::isWinToJoinCrossClass(unsigned SrcReg,
 790                                                 unsigned DstReg,
 791                                              const TargetRegisterClass *SrcRC,
 792                                              const TargetRegisterClass *DstRC,
 793                                              const TargetRegisterClass *NewRC) {
 794   unsigned NewRCCount = RegClassInfo.getNumAllocatableRegs(NewRC);
 795   // This heuristics is good enough in practice, but it's obviously not *right*.
 796   // 4 is a magic number that works well enough for x86, ARM, etc. It filter
 797   // out all but the most restrictive register classes.
 798   if (NewRCCount > 4 ||
 799       // Early exit if the function is fairly small, coalesce aggressively if
 800       // that's the case. For really special register classes with 3 or
 801       // fewer registers, be a bit more careful.
 802       (li_->getFuncInstructionCount() / NewRCCount) < 8)
 803     return true;
 804   LiveInterval &SrcInt = li_->getInterval(SrcReg);
 805   LiveInterval &DstInt = li_->getInterval(DstReg);
 806   unsigned SrcSize = li_->getApproximateInstructionCount(SrcInt);
 807   unsigned DstSize = li_->getApproximateInstructionCount(DstInt);
 808
 809   // Coalesce aggressively if the intervals are small compared to the number of
 810   // registers in the new class. The number 4 is fairly arbitrary, chosen to be
 811   // less aggressive than the 8 used for the whole function size.
 812   const unsigned ThresSize = 4 * NewRCCount;
 813   if (SrcSize <= ThresSize && DstSize <= ThresSize)
 814     return true;
 815
 816   // Estimate *register use density*. If it doubles or more, abort.
 817   unsigned SrcUses = std::distance(mri_->use_nodbg_begin(SrcReg),
 818                                    mri_->use_nodbg_end());
 819   unsigned DstUses = std::distance(mri_->use_nodbg_begin(DstReg),
 820                                    mri_->use_nodbg_end());
 821   unsigned NewUses = SrcUses + DstUses;
 822   unsigned NewSize = SrcSize + DstSize;
 823   if (SrcRC != NewRC && SrcSize > ThresSize) {
 824     unsigned SrcRCCount = RegClassInfo.getNumAllocatableRegs(SrcRC);
 825     if (NewUses*SrcSize*SrcRCCount > 2*SrcUses*NewSize*NewRCCount)
 826       return false;
 827   }
 828   if (DstRC != NewRC && DstSize > ThresSize) {
 829     unsigned DstRCCount = RegClassInfo.getNumAllocatableRegs(DstRC);
 830     if (NewUses*DstSize*DstRCCount > 2*DstUses*NewSize*NewRCCount)
 831       return false;
 832   }
 833   return true;
 834 }
 835
 836
 837 /// JoinCopy - Attempt to join intervals corresponding to SrcReg/DstReg,
 838 /// which are the src/dst of the copy instruction CopyMI.  This returns true
 839 /// if the copy was successfully coalesced away. If it is not currently
 840 /// possible to coalesce this interval, but it may be possible if other
 841 /// things get coalesced, then it returns true by reference in 'Again'.
 842 bool SimpleRegisterCoalescing::JoinCopy(MachineInstr *CopyMI, bool &Again) {
 843
 844   Again = false;
 845   if (JoinedCopies.count(CopyMI) || ReMatCopies.count(CopyMI))
 846     return false; // Already done.
 847
 848   DEBUG(dbgs() << li_->getInstructionIndex(CopyMI) << '\t' << *CopyMI);
 849
 850   CoalescerPair CP(*tii_, *tri_);
 851   if (!CP.setRegisters(CopyMI)) {
 852     DEBUG(dbgs() << "\tNot coalescable.\n");
 853     return false;
 854   }
 855
 856   // If they are already joined we continue.
 857   if (CP.getSrcReg() == CP.getDstReg()) {
 858     markAsJoined(CopyMI);
 859     DEBUG(dbgs() << "\tCopy already coalesced.\n");
 860     return false;  // Not coalescable.
 861   }
 862
 863   DEBUG(dbgs() << "\tConsidering merging " << PrintReg(CP.getSrcReg(), tri_)
 864                << " with " << PrintReg(CP.getDstReg(), tri_, CP.getSubIdx())
 865                << "\n");
 866
 867   // Enforce policies.
 868   if (CP.isPhys()) {
 869     if (!shouldJoinPhys(CP)) {
 870       // Before giving up coalescing, if definition of source is defined by
 871       // trivial computation, try rematerializing it.
 872       if (!CP.isFlipped() &&
 873           ReMaterializeTrivialDef(li_->getInterval(CP.getSrcReg()), true,
 874                                   CP.getDstReg(), 0, CopyMI))
 875         return true;
 876       return false;
 877     }
 878   } else {
 879     // Avoid constraining virtual register regclass too much.
 880     if (CP.isCrossClass()) {
 881       DEBUG(dbgs() << "\tCross-class to " << CP.getNewRC()->getName() << ".\n");
 882       if (DisableCrossClassJoin) {
 883         DEBUG(dbgs() << "\tCross-class joins disabled.\n");
 884         return false;
 885       }
 886       if (!isWinToJoinCrossClass(CP.getSrcReg(), CP.getDstReg(),
 887                                  mri_->getRegClass(CP.getSrcReg()),
 888                                  mri_->getRegClass(CP.getDstReg()),
 889                                  CP.getNewRC())) {
 890         DEBUG(dbgs() << "\tAvoid coalescing to constrained register class.\n");
 891         Again = true;  // May be possible to coalesce later.
 892         return false;
 893       }
 894     }
 895
 896     // When possible, let DstReg be the larger interval.
 897     if (!CP.getSubIdx() && li_->getInterval(CP.getSrcReg()).ranges.size() >
 898                            li_->getInterval(CP.getDstReg()).ranges.size())
 899       CP.flip();
 900   }
 901
 902   // Okay, attempt to join these two intervals.  On failure, this returns false.
 903   // Otherwise, if one of the intervals being joined is a physreg, this method
 904   // always canonicalizes DstInt to be it.  The output "SrcInt" will not have
 905   // been modified, so we can use this information below to update aliases.
 906   if (!JoinIntervals(CP)) {
 907     // Coalescing failed.
 908
 909     // If definition of source is defined by trivial computation, try
 910     // rematerializing it.
 911     if (!CP.isFlipped() &&
 912         ReMaterializeTrivialDef(li_->getInterval(CP.getSrcReg()), true,
 913                                 CP.getDstReg(), 0, CopyMI))
 914       return true;
 915
 916     // If we can eliminate the copy without merging the live ranges, do so now.
 917     if (!CP.isPartial()) {
 918       if (AdjustCopiesBackFrom(CP, CopyMI) ||
 919           RemoveCopyByCommutingDef(CP, CopyMI)) {
 920         markAsJoined(CopyMI);
 921         DEBUG(dbgs() << "\tTrivial!\n");
 922         return true;
 923       }
 924     }
 925
 926     // Otherwise, we are unable to join the intervals.
 927     DEBUG(dbgs() << "\tInterference!\n");
 928     Again = true;  // May be possible to coalesce later.
 929     return false;
 930   }
 931
 932   // Coalescing to a virtual register that is of a sub-register class of the
 933   // other. Make sure the resulting register is set to the right register class.
 934   if (CP.isCrossClass()) {
 935     ++numCrossRCs;
 936     mri_->setRegClass(CP.getDstReg(), CP.getNewRC());
 937   }
 938
 939   // Remember to delete the copy instruction.
 940   markAsJoined(CopyMI);
 941
 942   UpdateRegDefsUses(CP);
 943
 944   // If we have extended the live range of a physical register, make sure we
 945   // update live-in lists as well.
 946   if (CP.isPhys()) {
 947     SmallVector<MachineBasicBlock*, 16> BlockSeq;
 948     // JoinIntervals invalidates the VNInfos in SrcInt, but we only need the
 949     // ranges for this, and they are preserved.
 950     LiveInterval &SrcInt = li_->getInterval(CP.getSrcReg());
 951     for (LiveInterval::const_iterator I = SrcInt.begin(), E = SrcInt.end();
 952          I != E; ++I ) {
 953       li_->findLiveInMBBs(I->start, I->end, BlockSeq);
 954       for (unsigned idx = 0, size = BlockSeq.size(); idx != size; ++idx) {
 955         MachineBasicBlock &block = *BlockSeq[idx];
 956         if (!block.isLiveIn(CP.getDstReg()))
 957           block.addLiveIn(CP.getDstReg());
 958       }
 959       BlockSeq.clear();
 960     }
 961   }
 962
 963   // SrcReg is guarateed to be the register whose live interval that is
 964   // being merged.
 965   li_->removeInterval(CP.getSrcReg());
 966
 967   // Update regalloc hint.
 968   tri_->UpdateRegAllocHint(CP.getSrcReg(), CP.getDstReg(), *mf_);
 969
 970   DEBUG({
 971     LiveInterval &DstInt = li_->getInterval(CP.getDstReg());
 972     dbgs() << "\tJoined. Result = ";
 973     DstInt.print(dbgs(), tri_);
 974     dbgs() << "\n";
 975   });
 976
 977   ++numJoins;
 978   return true;
 979 }
 980
 981 /// ComputeUltimateVN - Assuming we are going to join two live intervals,
 982 /// compute what the resultant value numbers for each value in the input two
 983 /// ranges will be.  This is complicated by copies between the two which can
 984 /// and will commonly cause multiple value numbers to be merged into one.
 985 ///
 986 /// VN is the value number that we're trying to resolve.  InstDefiningValue
 987 /// keeps track of the new InstDefiningValue assignment for the result
 988 /// LiveInterval.  ThisFromOther/OtherFromThis are sets that keep track of
 989 /// whether a value in this or other is a copy from the opposite set.
 990 /// ThisValNoAssignments/OtherValNoAssignments keep track of value #'s that have
 991 /// already been assigned.
 992 ///
 993 /// ThisFromOther[x] - If x is defined as a copy from the other interval, this
 994 /// contains the value number the copy is from.
 995 ///
 996 static unsigned ComputeUltimateVN(VNInfo *VNI,
 997                                   SmallVector<VNInfo*, 16> &NewVNInfo,
 998                                   DenseMap<VNInfo*, VNInfo*> &ThisFromOther,
 999                                   DenseMap<VNInfo*, VNInfo*> &OtherFromThis,
1000                                   SmallVector<int, 16> &ThisValNoAssignments,
1001                                   SmallVector<int, 16> &OtherValNoAssignments) {
1002   unsigned VN = VNI->id;
1003
1004   // If the VN has already been computed, just return it.
1005   if (ThisValNoAssignments[VN] >= 0)
1006     return ThisValNoAssignments[VN];
1007   assert(ThisValNoAssignments[VN] != -2 && "Cyclic value numbers");
1008
1009   // If this val is not a copy from the other val, then it must be a new value
1010   // number in the destination.
1011   DenseMap<VNInfo*, VNInfo*>::iterator I = ThisFromOther.find(VNI);
1012   if (I == ThisFromOther.end()) {
1013     NewVNInfo.push_back(VNI);
1014     return ThisValNoAssignments[VN] = NewVNInfo.size()-1;
1015   }
1016   VNInfo *OtherValNo = I->second;
1017
1018   // Otherwise, this *is* a copy from the RHS.  If the other side has already
1019   // been computed, return it.
1020   if (OtherValNoAssignments[OtherValNo->id] >= 0)
1021     return ThisValNoAssignments[VN] = OtherValNoAssignments[OtherValNo->id];
1022
1023   // Mark this value number as currently being computed, then ask what the
1024   // ultimate value # of the other value is.
1025   ThisValNoAssignments[VN] = -2;
1026   unsigned UltimateVN =
1027     ComputeUltimateVN(OtherValNo, NewVNInfo, OtherFromThis, ThisFromOther,
1028                       OtherValNoAssignments, ThisValNoAssignments);
1029   return ThisValNoAssignments[VN] = UltimateVN;
1030 }
1031
1032 /// JoinIntervals - Attempt to join these two intervals.  On failure, this
1033 /// returns false.
1034 bool SimpleRegisterCoalescing::JoinIntervals(CoalescerPair &CP) {
1035   LiveInterval &RHS = li_->getInterval(CP.getSrcReg());
1036   DEBUG({ dbgs() << "\t\tRHS = "; RHS.print(dbgs(), tri_); dbgs() << "\n"; });
1037
1038   // If a live interval is a physical register, check for interference with any
1039   // aliases. The interference check implemented here is a bit more conservative
1040   // than the full interfeence check below. We allow overlapping live ranges
1041   // only when one is a copy of the other.
1042   if (CP.isPhys()) {
1043     for (const unsigned *AS = tri_->getAliasSet(CP.getDstReg()); *AS; ++AS){
1044       if (!li_->hasInterval(*AS))
1045         continue;
1046       const LiveInterval &LHS = li_->getInterval(*AS);
1047       LiveInterval::const_iterator LI = LHS.begin();
1048       for (LiveInterval::const_iterator RI = RHS.begin(), RE = RHS.end();
1049            RI != RE; ++RI) {
1050         LI = std::lower_bound(LI, LHS.end(), RI->start);
1051         // Does LHS have an overlapping live range starting before RI?
1052         if ((LI != LHS.begin() && LI[-1].end > RI->start) &&
1053             (RI->start != RI->valno->def ||
1054              !CP.isCoalescable(li_->getInstructionFromIndex(RI->start)))) {
1055           DEBUG({
1056             dbgs() << "\t\tInterference from alias: ";
1057             LHS.print(dbgs(), tri_);
1058             dbgs() << "\n\t\tOverlap at " << RI->start << " and no copy.\n";
1059           });
1060           return false;
1061         }
1062
1063         // Check that LHS ranges beginning in this range are copies.
1064         for (; LI != LHS.end() && LI->start < RI->end; ++LI) {
1065           if (LI->start != LI->valno->def ||
1066               !CP.isCoalescable(li_->getInstructionFromIndex(LI->start))) {
1067             DEBUG({
1068               dbgs() << "\t\tInterference from alias: ";
1069               LHS.print(dbgs(), tri_);
1070               dbgs() << "\n\t\tDef at " << LI->start << " is not a copy.\n";
1071             });
1072             return false;
1073           }
1074         }
1075       }
1076     }
1077   }
1078
1079   // Compute the final value assignment, assuming that the live ranges can be
1080   // coalesced.
1081   SmallVector<int, 16> LHSValNoAssignments;
1082   SmallVector<int, 16> RHSValNoAssignments;
1083   DenseMap<VNInfo*, VNInfo*> LHSValsDefinedFromRHS;
1084   DenseMap<VNInfo*, VNInfo*> RHSValsDefinedFromLHS;
1085   SmallVector<VNInfo*, 16> NewVNInfo;
1086
1087   LiveInterval &LHS = li_->getOrCreateInterval(CP.getDstReg());
1088   DEBUG({ dbgs() << "\t\tLHS = "; LHS.print(dbgs(), tri_); dbgs() << "\n"; });
1089
1090   // Loop over the value numbers of the LHS, seeing if any are defined from
1091   // the RHS.
1092   for (LiveInterval::vni_iterator i = LHS.vni_begin(), e = LHS.vni_end();
1093        i != e; ++i) {
1094     VNInfo *VNI = *i;
1095     if (VNI->isUnused() || !VNI->isDefByCopy())  // Src not defined by a copy?
1096       continue;
1097
1098     // Never join with a register that has EarlyClobber redefs.
1099     if (VNI->hasRedefByEC())
1100       return false;
1101
1102     // DstReg is known to be a register in the LHS interval.  If the src is
1103     // from the RHS interval, we can use its value #.
1104     if (!CP.isCoalescable(VNI->getCopy()))
1105       continue;
1106
1107     // Figure out the value # from the RHS.
1108     LiveRange *lr = RHS.getLiveRangeContaining(VNI->def.getPrevSlot());
1109     // The copy could be to an aliased physreg.
1110     if (!lr) continue;
1111     LHSValsDefinedFromRHS[VNI] = lr->valno;
1112   }
1113
1114   // Loop over the value numbers of the RHS, seeing if any are defined from
1115   // the LHS.
1116   for (LiveInterval::vni_iterator i = RHS.vni_begin(), e = RHS.vni_end();
1117        i != e; ++i) {
1118     VNInfo *VNI = *i;
1119     if (VNI->isUnused() || !VNI->isDefByCopy())  // Src not defined by a copy?
1120       continue;
1121
1122     // Never join with a register that has EarlyClobber redefs.
1123     if (VNI->hasRedefByEC())
1124       return false;
1125
1126     // DstReg is known to be a register in the RHS interval.  If the src is
1127     // from the LHS interval, we can use its value #.
1128     if (!CP.isCoalescable(VNI->getCopy()))
1129       continue;
1130
1131     // Figure out the value # from the LHS.
1132     LiveRange *lr = LHS.getLiveRangeContaining(VNI->def.getPrevSlot());
1133     // The copy could be to an aliased physreg.
1134     if (!lr) continue;
1135     RHSValsDefinedFromLHS[VNI] = lr->valno;
1136   }
1137
1138   LHSValNoAssignments.resize(LHS.getNumValNums(), -1);
1139   RHSValNoAssignments.resize(RHS.getNumValNums(), -1);
1140   NewVNInfo.reserve(LHS.getNumValNums() + RHS.getNumValNums());
1141
1142   for (LiveInterval::vni_iterator i = LHS.vni_begin(), e = LHS.vni_end();
1143        i != e; ++i) {
1144     VNInfo *VNI = *i;
1145     unsigned VN = VNI->id;
1146     if (LHSValNoAssignments[VN] >= 0 || VNI->isUnused())
1147       continue;
1148     ComputeUltimateVN(VNI, NewVNInfo,
1149                       LHSValsDefinedFromRHS, RHSValsDefinedFromLHS,
1150                       LHSValNoAssignments, RHSValNoAssignments);
1151   }
1152   for (LiveInterval::vni_iterator i = RHS.vni_begin(), e = RHS.vni_end();
1153        i != e; ++i) {
1154     VNInfo *VNI = *i;
1155     unsigned VN = VNI->id;
1156     if (RHSValNoAssignments[VN] >= 0 || VNI->isUnused())
1157       continue;
1158     // If this value number isn't a copy from the LHS, it's a new number.
1159     if (RHSValsDefinedFromLHS.find(VNI) == RHSValsDefinedFromLHS.end()) {
1160       NewVNInfo.push_back(VNI);
1161       RHSValNoAssignments[VN] = NewVNInfo.size()-1;
1162       continue;
1163     }
1164
1165     ComputeUltimateVN(VNI, NewVNInfo,
1166                       RHSValsDefinedFromLHS, LHSValsDefinedFromRHS,
1167                       RHSValNoAssignments, LHSValNoAssignments);
1168   }
1169
1170   // Armed with the mappings of LHS/RHS values to ultimate values, walk the
1171   // interval lists to see if these intervals are coalescable.
1172   LiveInterval::const_iterator I = LHS.begin();
1173   LiveInterval::const_iterator IE = LHS.end();
1174   LiveInterval::const_iterator J = RHS.begin();
1175   LiveInterval::const_iterator JE = RHS.end();
1176
1177   // Skip ahead until the first place of potential sharing.
1178   if (I != IE && J != JE) {
1179     if (I->start < J->start) {
1180       I = std::upper_bound(I, IE, J->start);
1181       if (I != LHS.begin()) --I;
1182     } else if (J->start < I->start) {
1183       J = std::upper_bound(J, JE, I->start);
1184       if (J != RHS.begin()) --J;
1185     }
1186   }
1187
1188   while (I != IE && J != JE) {
1189     // Determine if these two live ranges overlap.
1190     bool Overlaps;
1191     if (I->start < J->start) {
1192       Overlaps = I->end > J->start;
1193     } else {
1194       Overlaps = J->end > I->start;
1195     }
1196
1197     // If so, check value # info to determine if they are really different.
1198     if (Overlaps) {
1199       // If the live range overlap will map to the same value number in the
1200       // result liverange, we can still coalesce them.  If not, we can't.
1201       if (LHSValNoAssignments[I->valno->id] !=
1202           RHSValNoAssignments[J->valno->id])
1203         return false;
1204       // If it's re-defined by an early clobber somewhere in the live range,
1205       // then conservatively abort coalescing.
1206       if (NewVNInfo[LHSValNoAssignments[I->valno->id]]->hasRedefByEC())
1207         return false;
1208     }
1209
1210     if (I->end < J->end)
1211       ++I;
1212     else
1213       ++J;
1214   }
1215
1216   // Update kill info. Some live ranges are extended due to copy coalescing.
1217   for (DenseMap<VNInfo*, VNInfo*>::iterator I = LHSValsDefinedFromRHS.begin(),
1218          E = LHSValsDefinedFromRHS.end(); I != E; ++I) {
1219     VNInfo *VNI = I->first;
1220     unsigned LHSValID = LHSValNoAssignments[VNI->id];
1221     if (VNI->hasPHIKill())
1222       NewVNInfo[LHSValID]->setHasPHIKill(true);
1223   }
1224
1225   // Update kill info. Some live ranges are extended due to copy coalescing.
1226   for (DenseMap<VNInfo*, VNInfo*>::iterator I = RHSValsDefinedFromLHS.begin(),
1227          E = RHSValsDefinedFromLHS.end(); I != E; ++I) {
1228     VNInfo *VNI = I->first;
1229     unsigned RHSValID = RHSValNoAssignments[VNI->id];
1230     if (VNI->hasPHIKill())
1231       NewVNInfo[RHSValID]->setHasPHIKill(true);
1232   }
1233
1234   if (LHSValNoAssignments.empty())
1235     LHSValNoAssignments.push_back(-1);
1236   if (RHSValNoAssignments.empty())
1237     RHSValNoAssignments.push_back(-1);
1238
1239   // If we get here, we know that we can coalesce the live ranges.  Ask the
1240   // intervals to coalesce themselves now.
1241   LHS.join(RHS, &LHSValNoAssignments[0], &RHSValNoAssignments[0], NewVNInfo,
1242            mri_);
1243   return true;
1244 }
1245
1246 namespace {
1247   // DepthMBBCompare - Comparison predicate that sort first based on the loop
1248   // depth of the basic block (the unsigned), and then on the MBB number.
1249   struct DepthMBBCompare {
1250     typedef std::pair<unsigned, MachineBasicBlock*> DepthMBBPair;
1251     bool operator()(const DepthMBBPair &LHS, const DepthMBBPair &RHS) const {
1252       // Deeper loops first
1253       if (LHS.first != RHS.first)
1254         return LHS.first > RHS.first;
1255
1256       // Prefer blocks that are more connected in the CFG. This takes care of
1257       // the most difficult copies first while intervals are short.
1258       unsigned cl = LHS.second->pred_size() + LHS.second->succ_size();
1259       unsigned cr = RHS.second->pred_size() + RHS.second->succ_size();
1260       if (cl != cr)
1261         return cl > cr;
1262
1263       // As a last resort, sort by block number.
1264       return LHS.second->getNumber() < RHS.second->getNumber();
1265     }
1266   };
1267 }
1268
1269 void SimpleRegisterCoalescing::CopyCoalesceInMBB(MachineBasicBlock *MBB,
1270                                             std::vector<MachineInstr*> &TryAgain) {
1271   DEBUG(dbgs() << MBB->getName() << ":\n");
1272
1273   SmallVector<MachineInstr*, 8> VirtCopies;
1274   SmallVector<MachineInstr*, 8> PhysCopies;
1275   SmallVector<MachineInstr*, 8> ImpDefCopies;
1276   for (MachineBasicBlock::iterator MII = MBB->begin(), E = MBB->end();
1277        MII != E;) {
1278     MachineInstr *Inst = MII++;
1279
1280     // If this isn't a copy nor a extract_subreg, we can't join intervals.
1281     unsigned SrcReg, DstReg;
1282     if (Inst->isCopy()) {
1283       DstReg = Inst->getOperand(0).getReg();
1284       SrcReg = Inst->getOperand(1).getReg();
1285     } else if (Inst->isSubregToReg()) {
1286       DstReg = Inst->getOperand(0).getReg();
1287       SrcReg = Inst->getOperand(2).getReg();
1288     } else
1289       continue;
1290
1291     bool SrcIsPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg);
1292     bool DstIsPhys = TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(DstReg);
1293     if (li_->hasInterval(SrcReg) && li_->getInterval(SrcReg).empty())
1294       ImpDefCopies.push_back(Inst);
1295     else if (SrcIsPhys || DstIsPhys)
1296       PhysCopies.push_back(Inst);
1297     else
1298       VirtCopies.push_back(Inst);
1299   }
1300
1301   // Try coalescing implicit copies and insert_subreg <undef> first,
1302   // followed by copies to / from physical registers, then finally copies
1303   // from virtual registers to virtual registers.
1304   for (unsigned i = 0, e = ImpDefCopies.size(); i != e; ++i) {
1305     MachineInstr *TheCopy = ImpDefCopies[i];
1306     bool Again = false;
1307     if (!JoinCopy(TheCopy, Again))
1308       if (Again)
1309         TryAgain.push_back(TheCopy);
1310   }
1311   for (unsigned i = 0, e = PhysCopies.size(); i != e; ++i) {
1312     MachineInstr *TheCopy = PhysCopies[i];
1313     bool Again = false;
1314     if (!JoinCopy(TheCopy, Again))
1315       if (Again)
1316         TryAgain.push_back(TheCopy);
1317   }
1318   for (unsigned i = 0, e = VirtCopies.size(); i != e; ++i) {
1319     MachineInstr *TheCopy = VirtCopies[i];
1320     bool Again = false;
1321     if (!JoinCopy(TheCopy, Again))
1322       if (Again)
1323         TryAgain.push_back(TheCopy);
1324   }
1325 }
1326
1327 void SimpleRegisterCoalescing::joinIntervals() {
1328   DEBUG(dbgs() << "********** JOINING INTERVALS ***********\n");
1329
1330   std::vector<MachineInstr*> TryAgainList;
1331   if (loopInfo->empty()) {
1332     // If there are no loops in the function, join intervals in function order.
1333     for (MachineFunction::iterator I = mf_->begin(), E = mf_->end();
1334          I != E; ++I)
1335       CopyCoalesceInMBB(I, TryAgainList);
1336   } else {
1337     // Otherwise, join intervals in inner loops before other intervals.
1338     // Unfortunately we can't just iterate over loop hierarchy here because
1339     // there may be more MBB's than BB's.  Collect MBB's for sorting.
1340
1341     // Join intervals in the function prolog first. We want to join physical
1342     // registers with virtual registers before the intervals got too long.
1343     std::vector<std::pair<unsigned, MachineBasicBlock*> > MBBs;
1344     for (MachineFunction::iterator I = mf_->begin(), E = mf_->end();I != E;++I){
1345       MachineBasicBlock *MBB = I;
1346       MBBs.push_back(std::make_pair(loopInfo->getLoopDepth(MBB), I));
1347     }
1348
1349     // Sort by loop depth.
1350     std::sort(MBBs.begin(), MBBs.end(), DepthMBBCompare());
1351
1352     // Finally, join intervals in loop nest order.
1353     for (unsigned i = 0, e = MBBs.size(); i != e; ++i)
1354       CopyCoalesceInMBB(MBBs[i].second, TryAgainList);
1355   }
1356
1357   // Joining intervals can allow other intervals to be joined.  Iteratively join
1358   // until we make no progress.
1359   bool ProgressMade = true;
1360   while (ProgressMade) {
1361     ProgressMade = false;
1362
1363     for (unsigned i = 0, e = TryAgainList.size(); i != e; ++i) {
1364       MachineInstr *&TheCopy = TryAgainList[i];
1365       if (!TheCopy)
1366         continue;
1367
1368       bool Again = false;
1369       bool Success = JoinCopy(TheCopy, Again);
1370       if (Success || !Again) {
1371         TheCopy= 0;   // Mark this one as done.
1372         ProgressMade = true;
1373       }
1374     }
1375   }
1376 }
1377
1378 void SimpleRegisterCoalescing::releaseMemory() {
1379   JoinedCopies.clear();
1380   ReMatCopies.clear();
1381   ReMatDefs.clear();
1382 }
1383
1384 bool SimpleRegisterCoalescing::runOnMachineFunction(MachineFunction &fn) {
1385   mf_ = &fn;
1386   mri_ = &fn.getRegInfo();
1387   tm_ = &fn.getTarget();
1388   tri_ = tm_->getRegisterInfo();
1389   tii_ = tm_->getInstrInfo();
1390   li_ = &getAnalysis<LiveIntervals>();
1391   ldv_ = &getAnalysis<LiveDebugVariables>();
1392   AA = &getAnalysis<AliasAnalysis>();
1393   loopInfo = &getAnalysis<MachineLoopInfo>();
1394
1395   DEBUG(dbgs() << "********** SIMPLE REGISTER COALESCING **********\n"
1396                << "********** Function: "
1397                << ((Value*)mf_->getFunction())->getName() << '\n');
1398
1399   if (VerifyCoalescing)
1400     mf_->verify(this, "Before register coalescing");
1401
1402   RegClassInfo.runOnMachineFunction(fn);
1403
1404   // Join (coalesce) intervals if requested.
1405   if (EnableJoining) {
1406     joinIntervals();
1407     DEBUG({
1408         dbgs() << "********** INTERVALS POST JOINING **********\n";
1409         for (LiveIntervals::iterator I = li_->begin(), E = li_->end();
1410              I != E; ++I){
1411           I->second->print(dbgs(), tri_);
1412           dbgs() << "\n";
1413         }
1414       });
1415   }
1416
1417   // Perform a final pass over the instructions and compute spill weights
1418   // and remove identity moves.
1419   SmallVector<unsigned, 4> DeadDefs;
1420   for (MachineFunction::iterator mbbi = mf_->begin(), mbbe = mf_->end();
1421        mbbi != mbbe; ++mbbi) {
1422     MachineBasicBlock* mbb = mbbi;
1423     for (MachineBasicBlock::iterator mii = mbb->begin(), mie = mbb->end();
1424          mii != mie; ) {
1425       MachineInstr *MI = mii;
1426       if (JoinedCopies.count(MI)) {
1427         // Delete all coalesced copies.
1428         bool DoDelete = true;
1429         assert(MI->isCopyLike() && "Unrecognized copy instruction");
1430         unsigned SrcReg = MI->getOperand(MI->isSubregToReg() ? 2 : 1).getReg();
1431         if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(SrcReg) &&
1432             MI->getNumOperands() > 2)
1433           // Do not delete extract_subreg, insert_subreg of physical
1434           // registers unless the definition is dead. e.g.
1435           // %DO<def> = INSERT_SUBREG %D0<undef>, %S0<kill>, 1
1436           // or else the scavenger may complain. LowerSubregs will
1437           // delete them later.
1438           DoDelete = false;
1439
1440         if (MI->allDefsAreDead()) {
1441           if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(SrcReg) &&
1442               li_->hasInterval(SrcReg))
1443             li_->shrinkToUses(&li_->getInterval(SrcReg));
1444           DoDelete = true;
1445         }
1446         if (!DoDelete) {
1447           // We need the instruction to adjust liveness, so make it a KILL.
1448           if (MI->isSubregToReg()) {
1449             MI->RemoveOperand(3);
1450             MI->RemoveOperand(1);
1451           }
1452           MI->setDesc(tii_->get(TargetOpcode::KILL));
1453           mii = llvm::next(mii);
1454         } else {
1455           li_->RemoveMachineInstrFromMaps(MI);
1456           mii = mbbi->erase(mii);
1457           ++numPeep;
1458         }
1459         continue;
1460       }
1461
1462       // Now check if this is a remat'ed def instruction which is now dead.
1463       if (ReMatDefs.count(MI)) {
1464         bool isDead = true;
1465         for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1466           const MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1467           if (!MO.isReg())
1468             continue;
1469           unsigned Reg = MO.getReg();
1470           if (!Reg)
1471             continue;
1472           if (TargetRegisterInfo::isVirtualRegister(Reg))
1473             DeadDefs.push_back(Reg);
1474           if (MO.isDead())
1475             continue;
1476           if (TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(Reg) ||
1477               !mri_->use_nodbg_empty(Reg)) {
1478             isDead = false;
1479             break;
1480           }
1481         }
1482         if (isDead) {
1483           while (!DeadDefs.empty()) {
1484             unsigned DeadDef = DeadDefs.back();
1485             DeadDefs.pop_back();
1486             RemoveDeadDef(li_->getInterval(DeadDef), MI);
1487           }
1488           li_->RemoveMachineInstrFromMaps(mii);
1489           mii = mbbi->erase(mii);
1490           continue;
1491         } else
1492           DeadDefs.clear();
1493       }
1494
1495       ++mii;
1496
1497       // Check for now unnecessary kill flags.
1498       if (li_->isNotInMIMap(MI)) continue;
1499       SlotIndex DefIdx = li_->getInstructionIndex(MI).getDefIndex();
1500       for (unsigned i = 0, e = MI->getNumOperands(); i != e; ++i) {
1501         MachineOperand &MO = MI->getOperand(i);
1502         if (!MO.isReg() || !MO.isKill()) continue;
1503         unsigned reg = MO.getReg();
1504         if (!reg || !li_->hasInterval(reg)) continue;
1505         if (!li_->getInterval(reg).killedAt(DefIdx)) {
1506           MO.setIsKill(false);
1507           continue;
1508         }
1509         // When leaving a kill flag on a physreg, check if any subregs should
1510         // remain alive.
1511         if (!TargetRegisterInfo::isPhysicalRegister(reg))
1512           continue;
1513         for (const unsigned *SR = tri_->getSubRegisters(reg);
1514              unsigned S = *SR; ++SR)
1515           if (li_->hasInterval(S) && li_->getInterval(S).liveAt(DefIdx))
1516             MI->addRegisterDefined(S, tri_);
1517       }
1518     }
1519   }
1520
1521   DEBUG(dump());
1522   DEBUG(ldv_->dump());
1523   if (VerifyCoalescing)
1524     mf_->verify(this, "After register coalescing");
1525   return true;
1526 }
1527
1528 /// print - Implement the dump method.
1529 void SimpleRegisterCoalescing::print(raw_ostream &O, const Module* m) const {
1530    li_->print(O, m);
1531 }
1532
1533 RegisterCoalescer* llvm::createSimpleRegisterCoalescer() {
1534   return new SimpleRegisterCoalescing();
1535 }
1536
1537 // Make sure that anything that uses RegisterCoalescer pulls in this file...
1538 DEFINING_FILE_FOR(SimpleRegisterCoalescing)