Split around single instructions to enable register class inflation.
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / SplitKit.h
1 //===-------- SplitKit.h - Toolkit for splitting live ranges ----*- C++ -*-===//
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 contains the SplitAnalysis class as well as mutator functions for
11 // live range splitting.
12 //
13 //===----------------------------------------------------------------------===//
14
15 #ifndef LLVM_CODEGEN_SPLITKIT_H
16 #define LLVM_CODEGEN_SPLITKIT_H
17
18 #include "llvm/ADT/ArrayRef.h"
19 #include "llvm/ADT/BitVector.h"
20 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
21 #include "llvm/ADT/IndexedMap.h"
22 #include "llvm/ADT/IntervalMap.h"
23 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
24 #include "llvm/CodeGen/SlotIndexes.h"
25
26 namespace llvm {
27
28 class ConnectedVNInfoEqClasses;
29 class LiveInterval;
30 class LiveIntervals;
31 class LiveRangeEdit;
32 class MachineInstr;
33 class MachineLoopInfo;
34 class MachineRegisterInfo;
35 class TargetInstrInfo;
36 class TargetRegisterInfo;
37 class VirtRegMap;
38 class VNInfo;
39 class raw_ostream;
40
41 /// At some point we should just include MachineDominators.h:
42 class MachineDominatorTree;
43 template <class NodeT> class DomTreeNodeBase;
44 typedef DomTreeNodeBase<MachineBasicBlock> MachineDomTreeNode;
45
46
47 /// SplitAnalysis - Analyze a LiveInterval, looking for live range splitting
48 /// opportunities.
49 class SplitAnalysis {
50 public:
51   const MachineFunction &MF;
52   const VirtRegMap &VRM;
53   const LiveIntervals &LIS;
54   const MachineLoopInfo &Loops;
55   const TargetInstrInfo &TII;
56
57   // Sorted slot indexes of using instructions.
58   SmallVector<SlotIndex, 8> UseSlots;
59
60   /// Additional information about basic blocks where the current variable is
61   /// live. Such a block will look like one of these templates:
62   ///
63   ///  1. |   o---x   | Internal to block. Variable is only live in this block.
64   ///  2. |---x       | Live-in, kill.
65   ///  3. |       o---| Def, live-out.
66   ///  4. |---x   o---| Live-in, kill, def, live-out. Counted by NumGapBlocks.
67   ///  5. |---o---o---| Live-through with uses or defs.
68   ///  6. |-----------| Live-through without uses. Counted by NumThroughBlocks.
69   ///
70   /// Two BlockInfo entries are created for template 4. One for the live-in
71   /// segment, and one for the live-out segment. These entries look as if the
72   /// block were split in the middle where the live range isn't live.
73   ///
74   /// Live-through blocks without any uses don't get BlockInfo entries. They
75   /// are simply listed in ThroughBlocks instead.
76   ///
77   struct BlockInfo {
78     MachineBasicBlock *MBB;
79     SlotIndex FirstInstr; ///< First instr accessing current reg.
80     SlotIndex LastInstr;  ///< Last instr accessing current reg.
81     SlotIndex FirstDef;   ///< First non-phi valno->def, or SlotIndex().
82     bool LiveIn;          ///< Current reg is live in.
83     bool LiveOut;         ///< Current reg is live out.
84
85     /// isOneInstr - Returns true when this BlockInfo describes a single
86     /// instruction.
87     bool isOneInstr() const {
88       return SlotIndex::isSameInstr(FirstInstr, LastInstr);
89     }
90   };
91
92 private:
93   // Current live interval.
94   const LiveInterval *CurLI;
95
96   /// LastSplitPoint - Last legal split point in each basic block in the current
97   /// function. The first entry is the first terminator, the second entry is the
98   /// last valid split point for a variable that is live in to a landing pad
99   /// successor.
100   SmallVector<std::pair<SlotIndex, SlotIndex>, 8> LastSplitPoint;
101
102   /// UseBlocks - Blocks where CurLI has uses.
103   SmallVector<BlockInfo, 8> UseBlocks;
104
105   /// NumGapBlocks - Number of duplicate entries in UseBlocks for blocks where
106   /// the live range has a gap.
107   unsigned NumGapBlocks;
108
109   /// ThroughBlocks - Block numbers where CurLI is live through without uses.
110   BitVector ThroughBlocks;
111
112   /// NumThroughBlocks - Number of live-through blocks.
113   unsigned NumThroughBlocks;
114
115   /// DidRepairRange - analyze was forced to shrinkToUses().
116   bool DidRepairRange;
117
118   SlotIndex computeLastSplitPoint(unsigned Num);
119
120   // Sumarize statistics by counting instructions using CurLI.
121   void analyzeUses();
122
123   /// calcLiveBlockInfo - Compute per-block information about CurLI.
124   bool calcLiveBlockInfo();
125
126 public:
127   SplitAnalysis(const VirtRegMap &vrm, const LiveIntervals &lis,
128                 const MachineLoopInfo &mli);
129
130   /// analyze - set CurLI to the specified interval, and analyze how it may be
131   /// split.
132   void analyze(const LiveInterval *li);
133
134   /// didRepairRange() - Returns true if CurLI was invalid and has been repaired
135   /// by analyze(). This really shouldn't happen, but sometimes the coalescer
136   /// can create live ranges that end in mid-air.
137   bool didRepairRange() const { return DidRepairRange; }
138
139   /// clear - clear all data structures so SplitAnalysis is ready to analyze a
140   /// new interval.
141   void clear();
142
143   /// getParent - Return the last analyzed interval.
144   const LiveInterval &getParent() const { return *CurLI; }
145
146   /// getLastSplitPoint - Return that base index of the last valid split point
147   /// in the basic block numbered Num.
148   SlotIndex getLastSplitPoint(unsigned Num) {
149     // Inline the common simple case.
150     if (LastSplitPoint[Num].first.isValid() &&
151         !LastSplitPoint[Num].second.isValid())
152       return LastSplitPoint[Num].first;
153     return computeLastSplitPoint(Num);
154   }
155
156   /// isOriginalEndpoint - Return true if the original live range was killed or
157   /// (re-)defined at Idx. Idx should be the 'def' slot for a normal kill/def,
158   /// and 'use' for an early-clobber def.
159   /// This can be used to recognize code inserted by earlier live range
160   /// splitting.
161   bool isOriginalEndpoint(SlotIndex Idx) const;
162
163   /// getUseBlocks - Return an array of BlockInfo objects for the basic blocks
164   /// where CurLI has uses.
165   ArrayRef<BlockInfo> getUseBlocks() const { return UseBlocks; }
166
167   /// getNumThroughBlocks - Return the number of through blocks.
168   unsigned getNumThroughBlocks() const { return NumThroughBlocks; }
169
170   /// isThroughBlock - Return true if CurLI is live through MBB without uses.
171   bool isThroughBlock(unsigned MBB) const { return ThroughBlocks.test(MBB); }
172
173   /// getThroughBlocks - Return the set of through blocks.
174   const BitVector &getThroughBlocks() const { return ThroughBlocks; }
175
176   /// getNumLiveBlocks - Return the number of blocks where CurLI is live.
177   unsigned getNumLiveBlocks() const {
178     return getUseBlocks().size() - NumGapBlocks + getNumThroughBlocks();
179   }
180
181   /// countLiveBlocks - Return the number of blocks where li is live. This is
182   /// guaranteed to return the same number as getNumLiveBlocks() after calling
183   /// analyze(li).
184   unsigned countLiveBlocks(const LiveInterval *li) const;
185
186   typedef SmallPtrSet<const MachineBasicBlock*, 16> BlockPtrSet;
187
188   /// shouldSplitSingleBlock - Returns true if it would help to create a local
189   /// live range for the instructions in BI. There is normally no benefit to
190   /// creating a live range for a single instruction, but it does enable
191   /// register class inflation if the instruction has a restricted register
192   /// class.
193   ///
194   /// @param BI           The block to be isolated.
195   /// @param SingleInstrs True when single instructions should be isolated.
196   bool shouldSplitSingleBlock(const BlockInfo &BI, bool SingleInstrs) const;
197
198   /// getMultiUseBlocks - Add basic blocks to Blocks that may benefit from
199   /// having CurLI split to a new live interval. Return true if Blocks can be
200   /// passed to SplitEditor::splitSingleBlocks.
201   bool getMultiUseBlocks(BlockPtrSet &Blocks);
202 };
203
204
205 /// SplitEditor - Edit machine code and LiveIntervals for live range
206 /// splitting.
207 ///
208 /// - Create a SplitEditor from a SplitAnalysis.
209 /// - Start a new live interval with openIntv.
210 /// - Mark the places where the new interval is entered using enterIntv*
211 /// - Mark the ranges where the new interval is used with useIntv* 
212 /// - Mark the places where the interval is exited with exitIntv*.
213 /// - Finish the current interval with closeIntv and repeat from 2.
214 /// - Rewrite instructions with finish().
215 ///
216 class SplitEditor {
217   SplitAnalysis &SA;
218   LiveIntervals &LIS;
219   VirtRegMap &VRM;
220   MachineRegisterInfo &MRI;
221   MachineDominatorTree &MDT;
222   const TargetInstrInfo &TII;
223   const TargetRegisterInfo &TRI;
224
225   /// Edit - The current parent register and new intervals created.
226   LiveRangeEdit *Edit;
227
228   /// Index into Edit of the currently open interval.
229   /// The index 0 is used for the complement, so the first interval started by
230   /// openIntv will be 1.
231   unsigned OpenIdx;
232
233   typedef IntervalMap<SlotIndex, unsigned> RegAssignMap;
234
235   /// Allocator for the interval map. This will eventually be shared with
236   /// SlotIndexes and LiveIntervals.
237   RegAssignMap::Allocator Allocator;
238
239   /// RegAssign - Map of the assigned register indexes.
240   /// Edit.get(RegAssign.lookup(Idx)) is the register that should be live at
241   /// Idx.
242   RegAssignMap RegAssign;
243
244   typedef DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, VNInfo*> ValueMap;
245
246   /// Values - keep track of the mapping from parent values to values in the new
247   /// intervals. Given a pair (RegIdx, ParentVNI->id), Values contains:
248   ///
249   /// 1. No entry - the value is not mapped to Edit.get(RegIdx).
250   /// 2. Null - the value is mapped to multiple values in Edit.get(RegIdx).
251   ///    Each value is represented by a minimal live range at its def.
252   /// 3. A non-null VNInfo - the value is mapped to a single new value.
253   ///    The new value has no live ranges anywhere.
254   ValueMap Values;
255
256   typedef std::pair<VNInfo*, MachineDomTreeNode*> LiveOutPair;
257   typedef IndexedMap<LiveOutPair, MBB2NumberFunctor> LiveOutMap;
258
259   // LiveOutCache - Map each basic block where a new register is live out to the
260   // live-out value and its defining block.
261   // One of these conditions shall be true:
262   //
263   //  1. !LiveOutCache.count(MBB)
264   //  2. LiveOutCache[MBB].second.getNode() == MBB
265   //  3. forall P in preds(MBB): LiveOutCache[P] == LiveOutCache[MBB]
266   //
267   // This is only a cache, the values can be computed as:
268   //
269   //  VNI = Edit.get(RegIdx)->getVNInfoAt(LIS.getMBBEndIdx(MBB))
270   //  Node = mbt_[LIS.getMBBFromIndex(VNI->def)]
271   //
272   // The cache is also used as a visited set by extendRange(). It can be shared
273   // by all the new registers because at most one is live out of each block.
274   LiveOutMap LiveOutCache;
275
276   // LiveOutSeen - Indexed by MBB->getNumber(), a bit is set for each valid
277   // entry in LiveOutCache.
278   BitVector LiveOutSeen;
279
280   /// LiveInBlock - Info for updateSSA() about a block where a register is
281   /// live-in.
282   /// The updateSSA caller provides DomNode and Kill inside MBB, updateSSA()
283   /// adds the computed live-in value.
284   struct LiveInBlock {
285     // Dominator tree node for the block.
286     // Cleared by updateSSA when the final value has been determined.
287     MachineDomTreeNode *DomNode;
288
289     // Live-in value filled in by updateSSA once it is known.
290     VNInfo *Value;
291
292     // Position in block where the live-in range ends, or SlotIndex() if the
293     // range passes through the block.
294     SlotIndex Kill;
295
296     LiveInBlock(MachineDomTreeNode *node) : DomNode(node), Value(0) {}
297   };
298
299   /// LiveInBlocks - List of live-in blocks used by findReachingDefs() and
300   /// updateSSA(). This list is usually empty, it exists here to avoid frequent
301   /// reallocations.
302   SmallVector<LiveInBlock, 16> LiveInBlocks;
303
304   /// defValue - define a value in RegIdx from ParentVNI at Idx.
305   /// Idx does not have to be ParentVNI->def, but it must be contained within
306   /// ParentVNI's live range in ParentLI. The new value is added to the value
307   /// map.
308   /// Return the new LI value.
309   VNInfo *defValue(unsigned RegIdx, const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx);
310
311   /// markComplexMapped - Mark ParentVNI as complex mapped in RegIdx regardless
312   /// of the number of defs.
313   void markComplexMapped(unsigned RegIdx, const VNInfo *ParentVNI);
314
315   /// defFromParent - Define Reg from ParentVNI at UseIdx using either
316   /// rematerialization or a COPY from parent. Return the new value.
317   VNInfo *defFromParent(unsigned RegIdx,
318                         VNInfo *ParentVNI,
319                         SlotIndex UseIdx,
320                         MachineBasicBlock &MBB,
321                         MachineBasicBlock::iterator I);
322
323   /// extendRange - Extend the live range of Edit.get(RegIdx) so it reaches Idx.
324   /// Insert PHIDefs as needed to preserve SSA form.
325   void extendRange(unsigned RegIdx, SlotIndex Idx);
326
327   /// findReachingDefs - Starting from MBB, add blocks to LiveInBlocks until all
328   /// reaching defs for LI are found.
329   /// @param LI   Live interval whose value is needed.
330   /// @param MBB  Block where LI should be live-in.
331   /// @param Kill Kill point in MBB.
332   /// @return Unique value seen, or NULL.
333   VNInfo *findReachingDefs(LiveInterval *LI, MachineBasicBlock *MBB,
334                            SlotIndex Kill);
335
336   /// updateSSA - Compute and insert PHIDefs such that all blocks in
337   // LiveInBlocks get a known live-in value. Add live ranges to the blocks.
338   void updateSSA();
339
340   /// transferValues - Transfer values to the new ranges.
341   /// Return true if any ranges were skipped.
342   bool transferValues();
343
344   /// extendPHIKillRanges - Extend the ranges of all values killed by original
345   /// parent PHIDefs.
346   void extendPHIKillRanges();
347
348   /// rewriteAssigned - Rewrite all uses of Edit.getReg() to assigned registers.
349   void rewriteAssigned(bool ExtendRanges);
350
351   /// deleteRematVictims - Delete defs that are dead after rematerializing.
352   void deleteRematVictims();
353
354 public:
355   /// Create a new SplitEditor for editing the LiveInterval analyzed by SA.
356   /// Newly created intervals will be appended to newIntervals.
357   SplitEditor(SplitAnalysis &SA, LiveIntervals&, VirtRegMap&,
358               MachineDominatorTree&);
359
360   /// reset - Prepare for a new split.
361   void reset(LiveRangeEdit&);
362
363   /// Create a new virtual register and live interval.
364   /// Return the interval index, starting from 1. Interval index 0 is the
365   /// implicit complement interval.
366   unsigned openIntv();
367
368   /// currentIntv - Return the current interval index.
369   unsigned currentIntv() const { return OpenIdx; }
370
371   /// selectIntv - Select a previously opened interval index.
372   void selectIntv(unsigned Idx);
373
374   /// enterIntvBefore - Enter the open interval before the instruction at Idx.
375   /// If the parent interval is not live before Idx, a COPY is not inserted.
376   /// Return the beginning of the new live range.
377   SlotIndex enterIntvBefore(SlotIndex Idx);
378
379   /// enterIntvAfter - Enter the open interval after the instruction at Idx.
380   /// Return the beginning of the new live range.
381   SlotIndex enterIntvAfter(SlotIndex Idx);
382
383   /// enterIntvAtEnd - Enter the open interval at the end of MBB.
384   /// Use the open interval from he inserted copy to the MBB end.
385   /// Return the beginning of the new live range.
386   SlotIndex enterIntvAtEnd(MachineBasicBlock &MBB);
387
388   /// useIntv - indicate that all instructions in MBB should use OpenLI.
389   void useIntv(const MachineBasicBlock &MBB);
390
391   /// useIntv - indicate that all instructions in range should use OpenLI.
392   void useIntv(SlotIndex Start, SlotIndex End);
393
394   /// leaveIntvAfter - Leave the open interval after the instruction at Idx.
395   /// Return the end of the live range.
396   SlotIndex leaveIntvAfter(SlotIndex Idx);
397
398   /// leaveIntvBefore - Leave the open interval before the instruction at Idx.
399   /// Return the end of the live range.
400   SlotIndex leaveIntvBefore(SlotIndex Idx);
401
402   /// leaveIntvAtTop - Leave the interval at the top of MBB.
403   /// Add liveness from the MBB top to the copy.
404   /// Return the end of the live range.
405   SlotIndex leaveIntvAtTop(MachineBasicBlock &MBB);
406
407   /// overlapIntv - Indicate that all instructions in range should use the open
408   /// interval, but also let the complement interval be live.
409   ///
410   /// This doubles the register pressure, but is sometimes required to deal with
411   /// register uses after the last valid split point.
412   ///
413   /// The Start index should be a return value from a leaveIntv* call, and End
414   /// should be in the same basic block. The parent interval must have the same
415   /// value across the range.
416   ///
417   void overlapIntv(SlotIndex Start, SlotIndex End);
418
419   /// finish - after all the new live ranges have been created, compute the
420   /// remaining live range, and rewrite instructions to use the new registers.
421   /// @param LRMap When not null, this vector will map each live range in Edit
422   ///              back to the indices returned by openIntv.
423   ///              There may be extra indices created by dead code elimination.
424   void finish(SmallVectorImpl<unsigned> *LRMap = 0);
425
426   /// dump - print the current interval maping to dbgs().
427   void dump() const;
428
429   // ===--- High level methods ---===
430
431   /// splitSingleBlock - Split CurLI into a separate live interval around the
432   /// uses in a single block. This is intended to be used as part of a larger
433   /// split, and doesn't call finish().
434   void splitSingleBlock(const SplitAnalysis::BlockInfo &BI);
435
436   /// splitSingleBlocks - Split CurLI into a separate live interval inside each
437   /// basic block in Blocks.
438   void splitSingleBlocks(const SplitAnalysis::BlockPtrSet &Blocks);
439
440   /// splitLiveThroughBlock - Split CurLI in the given block such that it
441   /// enters the block in IntvIn and leaves it in IntvOut. There may be uses in
442   /// the block, but they will be ignored when placing split points.
443   ///
444   /// @param MBBNum      Block number.
445   /// @param IntvIn      Interval index entering the block.
446   /// @param LeaveBefore When set, leave IntvIn before this point.
447   /// @param IntvOut     Interval index leaving the block.
448   /// @param EnterAfter  When set, enter IntvOut after this point.
449   void splitLiveThroughBlock(unsigned MBBNum,
450                              unsigned IntvIn, SlotIndex LeaveBefore,
451                              unsigned IntvOut, SlotIndex EnterAfter);
452
453   /// splitRegInBlock - Split CurLI in the given block such that it enters the
454   /// block in IntvIn and leaves it on the stack (or not at all). Split points
455   /// are placed in a way that avoids putting uses in the stack interval. This
456   /// may require creating a local interval when there is interference.
457   ///
458   /// @param BI          Block descriptor.
459   /// @param IntvIn      Interval index entering the block. Not 0.
460   /// @param LeaveBefore When set, leave IntvIn before this point.
461   void splitRegInBlock(const SplitAnalysis::BlockInfo &BI,
462                        unsigned IntvIn, SlotIndex LeaveBefore);
463
464   /// splitRegOutBlock - Split CurLI in the given block such that it enters the
465   /// block on the stack (or isn't live-in at all) and leaves it in IntvOut.
466   /// Split points are placed to avoid interference and such that the uses are
467   /// not in the stack interval. This may require creating a local interval
468   /// when there is interference.
469   ///
470   /// @param BI          Block descriptor.
471   /// @param IntvOut     Interval index leaving the block.
472   /// @param EnterAfter  When set, enter IntvOut after this point.
473   void splitRegOutBlock(const SplitAnalysis::BlockInfo &BI,
474                         unsigned IntvOut, SlotIndex EnterAfter);
475 };
476
477 }
478
479 #endif