Separate SplitAnalysis::getSplitLoops().
[oota-llvm.git] / lib / CodeGen / SplitKit.h
1 //===-------- SplitKit.cpp - 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 #include "llvm/ADT/SmallPtrSet.h"
16 #include "llvm/ADT/DenseMap.h"
17 #include "llvm/CodeGen/SlotIndexes.h"
18
19 namespace llvm {
20
21 class LiveInterval;
22 class LiveIntervals;
23 class LiveRangeEdit;
24 class MachineInstr;
25 class MachineLoop;
26 class MachineLoopInfo;
27 class MachineRegisterInfo;
28 class TargetInstrInfo;
29 class TargetRegisterInfo;
30 class VirtRegMap;
31 class VNInfo;
32 class raw_ostream;
33
34 /// At some point we should just include MachineDominators.h:
35 class MachineDominatorTree;
36 template <class NodeT> class DomTreeNodeBase;
37 typedef DomTreeNodeBase<MachineBasicBlock> MachineDomTreeNode;
38
39 /// SplitAnalysis - Analyze a LiveInterval, looking for live range splitting
40 /// opportunities.
41 class SplitAnalysis {
42 public:
43   const MachineFunction &mf_;
44   const LiveIntervals &lis_;
45   const MachineLoopInfo &loops_;
46   const TargetInstrInfo &tii_;
47
48   // Instructions using the the current register.
49   typedef SmallPtrSet<const MachineInstr*, 16> InstrPtrSet;
50   InstrPtrSet usingInstrs_;
51
52   // The number of instructions using curli in each basic block.
53   typedef DenseMap<const MachineBasicBlock*, unsigned> BlockCountMap;
54   BlockCountMap usingBlocks_;
55
56   // The number of basic block using curli in each loop.
57   typedef DenseMap<const MachineLoop*, unsigned> LoopCountMap;
58   LoopCountMap usingLoops_;
59
60 private:
61   // Current live interval.
62   const LiveInterval *curli_;
63
64   // Sumarize statistics by counting instructions using curli_.
65   void analyzeUses();
66
67   /// canAnalyzeBranch - Return true if MBB ends in a branch that can be
68   /// analyzed.
69   bool canAnalyzeBranch(const MachineBasicBlock *MBB);
70
71 public:
72   SplitAnalysis(const MachineFunction &mf, const LiveIntervals &lis,
73                 const MachineLoopInfo &mli);
74
75   /// analyze - set curli to the specified interval, and analyze how it may be
76   /// split.
77   void analyze(const LiveInterval *li);
78
79   /// clear - clear all data structures so SplitAnalysis is ready to analyze a
80   /// new interval.
81   void clear();
82
83   typedef SmallPtrSet<const MachineBasicBlock*, 16> BlockPtrSet;
84   typedef SmallPtrSet<const MachineLoop*, 16> LoopPtrSet;
85
86   // Print a set of blocks with use counts.
87   void print(const BlockPtrSet&, raw_ostream&) const;
88
89   // Sets of basic blocks surrounding a machine loop.
90   struct LoopBlocks {
91     BlockPtrSet Loop;  // Blocks in the loop.
92     BlockPtrSet Preds; // Loop predecessor blocks.
93     BlockPtrSet Exits; // Loop exit blocks.
94
95     void clear() {
96       Loop.clear();
97       Preds.clear();
98       Exits.clear();
99     }
100   };
101
102   // Print loop blocks with use counts.
103   void print(const LoopBlocks&, raw_ostream&) const;
104
105   // Calculate the block sets surrounding the loop.
106   void getLoopBlocks(const MachineLoop *Loop, LoopBlocks &Blocks);
107
108   /// LoopPeripheralUse - how is a variable used in and around a loop?
109   /// Peripheral blocks are the loop predecessors and exit blocks.
110   enum LoopPeripheralUse {
111     ContainedInLoop,  // All uses are inside the loop.
112     SinglePeripheral, // At most one instruction per peripheral block.
113     MultiPeripheral,  // Multiple instructions in some peripheral blocks.
114     OutsideLoop       // Uses outside loop periphery.
115   };
116
117   /// analyzeLoopPeripheralUse - Return an enum describing how curli_ is used in
118   /// and around the Loop.
119   LoopPeripheralUse analyzeLoopPeripheralUse(const LoopBlocks&);
120
121   /// getCriticalExits - It may be necessary to partially break critical edges
122   /// leaving the loop if an exit block has phi uses of curli. Collect the exit
123   /// blocks that need special treatment into CriticalExits.
124   void getCriticalExits(const LoopBlocks &Blocks, BlockPtrSet &CriticalExits);
125
126   /// canSplitCriticalExits - Return true if it is possible to insert new exit
127   /// blocks before the blocks in CriticalExits.
128   bool canSplitCriticalExits(const LoopBlocks &Blocks,
129                              BlockPtrSet &CriticalExits);
130
131   /// getCriticalPreds - Get the set of loop predecessors with critical edges to
132   /// blocks outside the loop that have curli live in. We don't have to break
133   /// these edges, but they do require special treatment.
134   void getCriticalPreds(const LoopBlocks &Blocks, BlockPtrSet &CriticalPreds);
135
136   /// getSplitLoops - Get the set of loops that have curli uses and would be
137   /// profitable to split.
138   void getSplitLoops(LoopPtrSet&);
139
140   /// getBestSplitLoop - Return the loop where curli may best be split to a
141   /// separate register, or NULL.
142   const MachineLoop *getBestSplitLoop();
143
144   /// getMultiUseBlocks - Add basic blocks to Blocks that may benefit from
145   /// having curli split to a new live interval. Return true if Blocks can be
146   /// passed to SplitEditor::splitSingleBlocks.
147   bool getMultiUseBlocks(BlockPtrSet &Blocks);
148
149   /// getBlockForInsideSplit - If curli is contained inside a single basic block,
150   /// and it wou pay to subdivide the interval inside that block, return it.
151   /// Otherwise return NULL. The returned block can be passed to
152   /// SplitEditor::splitInsideBlock.
153   const MachineBasicBlock *getBlockForInsideSplit();
154 };
155
156
157 /// LiveIntervalMap - Map values from a large LiveInterval into a small
158 /// interval that is a subset. Insert phi-def values as needed. This class is
159 /// used by SplitEditor to create new smaller LiveIntervals.
160 ///
161 /// parentli_ is the larger interval, li_ is the subset interval. Every value
162 /// in li_ corresponds to exactly one value in parentli_, and the live range
163 /// of the value is contained within the live range of the parentli_ value.
164 /// Values in parentli_ may map to any number of openli_ values, including 0.
165 class LiveIntervalMap {
166   LiveIntervals &lis_;
167   MachineDominatorTree &mdt_;
168
169   // The parent interval is never changed.
170   const LiveInterval &parentli_;
171
172   // The child interval's values are fully contained inside parentli_ values.
173   LiveInterval *li_;
174
175   typedef DenseMap<const VNInfo*, VNInfo*> ValueMap;
176
177   // Map parentli_ values to simple values in li_ that are defined at the same
178   // SlotIndex, or NULL for parentli_ values that have complex li_ defs.
179   // Note there is a difference between values mapping to NULL (complex), and
180   // values not present (unknown/unmapped).
181   ValueMap valueMap_;
182
183   typedef std::pair<VNInfo*, MachineDomTreeNode*> LiveOutPair;
184   typedef DenseMap<MachineBasicBlock*,LiveOutPair> LiveOutMap;
185
186   // liveOutCache_ - Map each basic block where li_ is live out to the live-out
187   // value and its defining block. One of these conditions shall be true:
188   //
189   //  1. !liveOutCache_.count(MBB)
190   //  2. liveOutCache_[MBB].second.getNode() == MBB
191   //  3. forall P in preds(MBB): liveOutCache_[P] == liveOutCache_[MBB]
192   //
193   // This is only a cache, the values can be computed as:
194   //
195   //  VNI = li_->getVNInfoAt(lis_.getMBBEndIdx(MBB))
196   //  Node = mbt_[lis_.getMBBFromIndex(VNI->def)]
197   //
198   // The cache is also used as a visiteed set by mapValue().
199   LiveOutMap liveOutCache_;
200
201 public:
202   LiveIntervalMap(LiveIntervals &lis,
203                   MachineDominatorTree &mdt,
204                   const LiveInterval &parentli)
205     : lis_(lis), mdt_(mdt), parentli_(parentli), li_(0) {}
206
207   /// reset - clear all data structures and start a new live interval.
208   void reset(LiveInterval *);
209
210   /// getLI - return the current live interval.
211   LiveInterval *getLI() const { return li_; }
212
213   /// defValue - define a value in li_ from the parentli_ value VNI and Idx.
214   /// Idx does not have to be ParentVNI->def, but it must be contained within
215   /// ParentVNI's live range in parentli_.
216   /// Return the new li_ value.
217   VNInfo *defValue(const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx);
218
219   /// mapValue - map ParentVNI to the corresponding li_ value at Idx. It is
220   /// assumed that ParentVNI is live at Idx.
221   /// If ParentVNI has not been defined by defValue, it is assumed that
222   /// ParentVNI->def dominates Idx.
223   /// If ParentVNI has been defined by defValue one or more times, a value that
224   /// dominates Idx will be returned. This may require creating extra phi-def
225   /// values and adding live ranges to li_.
226   /// If simple is not NULL, *simple will indicate if ParentVNI is a simply
227   /// mapped value.
228   VNInfo *mapValue(const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx, bool *simple = 0);
229
230   // extendTo - Find the last li_ value defined in MBB at or before Idx. The
231   // parentli is assumed to be live at Idx. Extend the live range to include
232   // Idx. Return the found VNInfo, or NULL.
233   VNInfo *extendTo(const MachineBasicBlock *MBB, SlotIndex Idx);
234
235   /// isMapped - Return true is ParentVNI is a known mapped value. It may be a
236   /// simple 1-1 mapping or a complex mapping to later defs.
237   bool isMapped(const VNInfo *ParentVNI) const {
238     return valueMap_.count(ParentVNI);
239   }
240
241   /// isComplexMapped - Return true if ParentVNI has received new definitions
242   /// with defValue.
243   bool isComplexMapped(const VNInfo *ParentVNI) const;
244
245   // addSimpleRange - Add a simple range from parentli_ to li_.
246   // ParentVNI must be live in the [Start;End) interval.
247   void addSimpleRange(SlotIndex Start, SlotIndex End, const VNInfo *ParentVNI);
248
249   /// addRange - Add live ranges to li_ where [Start;End) intersects parentli_.
250   /// All needed values whose def is not inside [Start;End) must be defined
251   /// beforehand so mapValue will work.
252   void addRange(SlotIndex Start, SlotIndex End);
253 };
254
255
256 /// SplitEditor - Edit machine code and LiveIntervals for live range
257 /// splitting.
258 ///
259 /// - Create a SplitEditor from a SplitAnalysis.
260 /// - Start a new live interval with openIntv.
261 /// - Mark the places where the new interval is entered using enterIntv*
262 /// - Mark the ranges where the new interval is used with useIntv* 
263 /// - Mark the places where the interval is exited with exitIntv*.
264 /// - Finish the current interval with closeIntv and repeat from 2.
265 /// - Rewrite instructions with finish().
266 ///
267 class SplitEditor {
268   SplitAnalysis &sa_;
269   LiveIntervals &lis_;
270   VirtRegMap &vrm_;
271   MachineRegisterInfo &mri_;
272   const TargetInstrInfo &tii_;
273   const TargetRegisterInfo &tri_;
274
275   /// edit_ - The current parent register and new intervals created.
276   LiveRangeEdit &edit_;
277
278   /// dupli_ - Created as a copy of curli_, ranges are carved out as new
279   /// intervals get added through openIntv / closeIntv. This is used to avoid
280   /// editing curli_.
281   LiveIntervalMap dupli_;
282
283   /// Currently open LiveInterval.
284   LiveIntervalMap openli_;
285
286   /// defFromParent - Define Reg from ParentVNI at UseIdx using either
287   /// rematerialization or a COPY from parent. Return the new value.
288   VNInfo *defFromParent(LiveIntervalMap &Reg,
289                         VNInfo *ParentVNI,
290                         SlotIndex UseIdx,
291                         MachineBasicBlock &MBB,
292                         MachineBasicBlock::iterator I);
293
294   /// intervalsLiveAt - Return true if any member of intervals_ is live at Idx.
295   bool intervalsLiveAt(SlotIndex Idx) const;
296
297   /// Values in curli whose live range has been truncated when entering an open
298   /// li.
299   SmallPtrSet<const VNInfo*, 8> truncatedValues;
300
301   /// addTruncSimpleRange - Add the given simple range to dupli_ after
302   /// truncating any overlap with intervals_.
303   void addTruncSimpleRange(SlotIndex Start, SlotIndex End, VNInfo *VNI);
304
305   /// criticalPreds_ - Set of basic blocks where both dupli and openli should be
306   /// live out because of a critical edge.
307   SplitAnalysis::BlockPtrSet criticalPreds_;
308
309   /// computeRemainder - Compute the dupli liveness as the complement of all the
310   /// new intervals.
311   void computeRemainder();
312
313   /// rewrite - Rewrite all uses of reg to use the new registers.
314   void rewrite(unsigned reg);
315
316 public:
317   /// Create a new SplitEditor for editing the LiveInterval analyzed by SA.
318   /// Newly created intervals will be appended to newIntervals.
319   SplitEditor(SplitAnalysis &SA, LiveIntervals&, VirtRegMap&,
320               MachineDominatorTree&, LiveRangeEdit&);
321
322   /// getAnalysis - Get the corresponding analysis.
323   SplitAnalysis &getAnalysis() { return sa_; }
324
325   /// Create a new virtual register and live interval.
326   void openIntv();
327
328   /// enterIntvBefore - Enter openli before the instruction at Idx. If curli is
329   /// not live before Idx, a COPY is not inserted.
330   void enterIntvBefore(SlotIndex Idx);
331
332   /// enterIntvAtEnd - Enter openli at the end of MBB.
333   void enterIntvAtEnd(MachineBasicBlock &MBB);
334
335   /// useIntv - indicate that all instructions in MBB should use openli.
336   void useIntv(const MachineBasicBlock &MBB);
337
338   /// useIntv - indicate that all instructions in range should use openli.
339   void useIntv(SlotIndex Start, SlotIndex End);
340
341   /// leaveIntvAfter - Leave openli after the instruction at Idx.
342   void leaveIntvAfter(SlotIndex Idx);
343
344   /// leaveIntvAtTop - Leave the interval at the top of MBB.
345   /// Currently, only one value can leave the interval.
346   void leaveIntvAtTop(MachineBasicBlock &MBB);
347
348   /// closeIntv - Indicate that we are done editing the currently open
349   /// LiveInterval, and ranges can be trimmed.
350   void closeIntv();
351
352   /// finish - after all the new live ranges have been created, compute the
353   /// remaining live range, and rewrite instructions to use the new registers.
354   void finish();
355
356   // ===--- High level methods ---===
357
358   /// splitAroundLoop - Split curli into a separate live interval inside
359   /// the loop.
360   void splitAroundLoop(const MachineLoop*);
361
362   /// splitSingleBlocks - Split curli into a separate live interval inside each
363   /// basic block in Blocks.
364   void splitSingleBlocks(const SplitAnalysis::BlockPtrSet &Blocks);
365
366   /// splitInsideBlock - Split curli into multiple intervals inside MBB.
367   void splitInsideBlock(const MachineBasicBlock *);
368 };
369
370 }