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[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 FirstUse;   ///< First instr using current reg.
80     SlotIndex LastUse;    ///< Last instr using current reg.
81     bool LiveThrough;     ///< Live in whole block (Templ 5. above).
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(FirstUse, LastUse);
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   /// getMultiUseBlocks - Add basic blocks to Blocks that may benefit from
189   /// having CurLI split to a new live interval. Return true if Blocks can be
190   /// passed to SplitEditor::splitSingleBlocks.
191   bool getMultiUseBlocks(BlockPtrSet &Blocks);
192 };
193
194
195 /// SplitEditor - Edit machine code and LiveIntervals for live range
196 /// splitting.
197 ///
198 /// - Create a SplitEditor from a SplitAnalysis.
199 /// - Start a new live interval with openIntv.
200 /// - Mark the places where the new interval is entered using enterIntv*
201 /// - Mark the ranges where the new interval is used with useIntv* 
202 /// - Mark the places where the interval is exited with exitIntv*.
203 /// - Finish the current interval with closeIntv and repeat from 2.
204 /// - Rewrite instructions with finish().
205 ///
206 class SplitEditor {
207   SplitAnalysis &SA;
208   LiveIntervals &LIS;
209   VirtRegMap &VRM;
210   MachineRegisterInfo &MRI;
211   MachineDominatorTree &MDT;
212   const TargetInstrInfo &TII;
213   const TargetRegisterInfo &TRI;
214
215   /// Edit - The current parent register and new intervals created.
216   LiveRangeEdit *Edit;
217
218   /// Index into Edit of the currently open interval.
219   /// The index 0 is used for the complement, so the first interval started by
220   /// openIntv will be 1.
221   unsigned OpenIdx;
222
223   typedef IntervalMap<SlotIndex, unsigned> RegAssignMap;
224
225   /// Allocator for the interval map. This will eventually be shared with
226   /// SlotIndexes and LiveIntervals.
227   RegAssignMap::Allocator Allocator;
228
229   /// RegAssign - Map of the assigned register indexes.
230   /// Edit.get(RegAssign.lookup(Idx)) is the register that should be live at
231   /// Idx.
232   RegAssignMap RegAssign;
233
234   typedef DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, VNInfo*> ValueMap;
235
236   /// Values - keep track of the mapping from parent values to values in the new
237   /// intervals. Given a pair (RegIdx, ParentVNI->id), Values contains:
238   ///
239   /// 1. No entry - the value is not mapped to Edit.get(RegIdx).
240   /// 2. Null - the value is mapped to multiple values in Edit.get(RegIdx).
241   ///    Each value is represented by a minimal live range at its def.
242   /// 3. A non-null VNInfo - the value is mapped to a single new value.
243   ///    The new value has no live ranges anywhere.
244   ValueMap Values;
245
246   typedef std::pair<VNInfo*, MachineDomTreeNode*> LiveOutPair;
247   typedef IndexedMap<LiveOutPair, MBB2NumberFunctor> LiveOutMap;
248
249   // LiveOutCache - Map each basic block where a new register is live out to the
250   // live-out value and its defining block.
251   // One of these conditions shall be true:
252   //
253   //  1. !LiveOutCache.count(MBB)
254   //  2. LiveOutCache[MBB].second.getNode() == MBB
255   //  3. forall P in preds(MBB): LiveOutCache[P] == LiveOutCache[MBB]
256   //
257   // This is only a cache, the values can be computed as:
258   //
259   //  VNI = Edit.get(RegIdx)->getVNInfoAt(LIS.getMBBEndIdx(MBB))
260   //  Node = mbt_[LIS.getMBBFromIndex(VNI->def)]
261   //
262   // The cache is also used as a visited set by extendRange(). It can be shared
263   // by all the new registers because at most one is live out of each block.
264   LiveOutMap LiveOutCache;
265
266   // LiveOutSeen - Indexed by MBB->getNumber(), a bit is set for each valid
267   // entry in LiveOutCache.
268   BitVector LiveOutSeen;
269
270   /// LiveInBlock - Info for updateSSA() about a block where a register is
271   /// live-in.
272   /// The updateSSA caller provides DomNode and Kill inside MBB, updateSSA()
273   /// adds the computed live-in value.
274   struct LiveInBlock {
275     // Dominator tree node for the block.
276     // Cleared by updateSSA when the final value has been determined.
277     MachineDomTreeNode *DomNode;
278
279     // Live-in value filled in by updateSSA once it is known.
280     VNInfo *Value;
281
282     // Position in block where the live-in range ends, or SlotIndex() if the
283     // range passes through the block.
284     SlotIndex Kill;
285
286     LiveInBlock(MachineDomTreeNode *node) : DomNode(node), Value(0) {}
287   };
288
289   /// LiveInBlocks - List of live-in blocks used by findReachingDefs() and
290   /// updateSSA(). This list is usually empty, it exists here to avoid frequent
291   /// reallocations.
292   SmallVector<LiveInBlock, 16> LiveInBlocks;
293
294   /// defValue - define a value in RegIdx from ParentVNI at Idx.
295   /// Idx does not have to be ParentVNI->def, but it must be contained within
296   /// ParentVNI's live range in ParentLI. The new value is added to the value
297   /// map.
298   /// Return the new LI value.
299   VNInfo *defValue(unsigned RegIdx, const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx);
300
301   /// markComplexMapped - Mark ParentVNI as complex mapped in RegIdx regardless
302   /// of the number of defs.
303   void markComplexMapped(unsigned RegIdx, const VNInfo *ParentVNI);
304
305   /// defFromParent - Define Reg from ParentVNI at UseIdx using either
306   /// rematerialization or a COPY from parent. Return the new value.
307   VNInfo *defFromParent(unsigned RegIdx,
308                         VNInfo *ParentVNI,
309                         SlotIndex UseIdx,
310                         MachineBasicBlock &MBB,
311                         MachineBasicBlock::iterator I);
312
313   /// extendRange - Extend the live range of Edit.get(RegIdx) so it reaches Idx.
314   /// Insert PHIDefs as needed to preserve SSA form.
315   void extendRange(unsigned RegIdx, SlotIndex Idx);
316
317   /// findReachingDefs - Starting from MBB, add blocks to LiveInBlocks until all
318   /// reaching defs for LI are found.
319   /// @param LI   Live interval whose value is needed.
320   /// @param MBB  Block where LI should be live-in.
321   /// @param Kill Kill point in MBB.
322   /// @return Unique value seen, or NULL.
323   VNInfo *findReachingDefs(LiveInterval *LI, MachineBasicBlock *MBB,
324                            SlotIndex Kill);
325
326   /// updateSSA - Compute and insert PHIDefs such that all blocks in
327   // LiveInBlocks get a known live-in value. Add live ranges to the blocks.
328   void updateSSA();
329
330   /// transferValues - Transfer values to the new ranges.
331   /// Return true if any ranges were skipped.
332   bool transferValues();
333
334   /// extendPHIKillRanges - Extend the ranges of all values killed by original
335   /// parent PHIDefs.
336   void extendPHIKillRanges();
337
338   /// rewriteAssigned - Rewrite all uses of Edit.getReg() to assigned registers.
339   void rewriteAssigned(bool ExtendRanges);
340
341   /// deleteRematVictims - Delete defs that are dead after rematerializing.
342   void deleteRematVictims();
343
344 public:
345   /// Create a new SplitEditor for editing the LiveInterval analyzed by SA.
346   /// Newly created intervals will be appended to newIntervals.
347   SplitEditor(SplitAnalysis &SA, LiveIntervals&, VirtRegMap&,
348               MachineDominatorTree&);
349
350   /// reset - Prepare for a new split.
351   void reset(LiveRangeEdit&);
352
353   /// Create a new virtual register and live interval.
354   /// Return the interval index, starting from 1. Interval index 0 is the
355   /// implicit complement interval.
356   unsigned openIntv();
357
358   /// currentIntv - Return the current interval index.
359   unsigned currentIntv() const { return OpenIdx; }
360
361   /// selectIntv - Select a previously opened interval index.
362   void selectIntv(unsigned Idx);
363
364   /// enterIntvBefore - Enter the open interval before the instruction at Idx.
365   /// If the parent interval is not live before Idx, a COPY is not inserted.
366   /// Return the beginning of the new live range.
367   SlotIndex enterIntvBefore(SlotIndex Idx);
368
369   /// enterIntvAfter - Enter the open interval after the instruction at Idx.
370   /// Return the beginning of the new live range.
371   SlotIndex enterIntvAfter(SlotIndex Idx);
372
373   /// enterIntvAtEnd - Enter the open interval at the end of MBB.
374   /// Use the open interval from he inserted copy to the MBB end.
375   /// Return the beginning of the new live range.
376   SlotIndex enterIntvAtEnd(MachineBasicBlock &MBB);
377
378   /// useIntv - indicate that all instructions in MBB should use OpenLI.
379   void useIntv(const MachineBasicBlock &MBB);
380
381   /// useIntv - indicate that all instructions in range should use OpenLI.
382   void useIntv(SlotIndex Start, SlotIndex End);
383
384   /// leaveIntvAfter - Leave the open interval after the instruction at Idx.
385   /// Return the end of the live range.
386   SlotIndex leaveIntvAfter(SlotIndex Idx);
387
388   /// leaveIntvBefore - Leave the open interval before the instruction at Idx.
389   /// Return the end of the live range.
390   SlotIndex leaveIntvBefore(SlotIndex Idx);
391
392   /// leaveIntvAtTop - Leave the interval at the top of MBB.
393   /// Add liveness from the MBB top to the copy.
394   /// Return the end of the live range.
395   SlotIndex leaveIntvAtTop(MachineBasicBlock &MBB);
396
397   /// overlapIntv - Indicate that all instructions in range should use the open
398   /// interval, but also let the complement interval be live.
399   ///
400   /// This doubles the register pressure, but is sometimes required to deal with
401   /// register uses after the last valid split point.
402   ///
403   /// The Start index should be a return value from a leaveIntv* call, and End
404   /// should be in the same basic block. The parent interval must have the same
405   /// value across the range.
406   ///
407   void overlapIntv(SlotIndex Start, SlotIndex End);
408
409   /// finish - after all the new live ranges have been created, compute the
410   /// remaining live range, and rewrite instructions to use the new registers.
411   /// @param LRMap When not null, this vector will map each live range in Edit
412   ///              back to the indices returned by openIntv.
413   ///              There may be extra indices created by dead code elimination.
414   void finish(SmallVectorImpl<unsigned> *LRMap = 0);
415
416   /// dump - print the current interval maping to dbgs().
417   void dump() const;
418
419   // ===--- High level methods ---===
420
421   /// splitSingleBlock - Split CurLI into a separate live interval around the
422   /// uses in a single block. This is intended to be used as part of a larger
423   /// split, and doesn't call finish().
424   void splitSingleBlock(const SplitAnalysis::BlockInfo &BI);
425
426   /// splitSingleBlocks - Split CurLI into a separate live interval inside each
427   /// basic block in Blocks.
428   void splitSingleBlocks(const SplitAnalysis::BlockPtrSet &Blocks);
429 };
430
431 }
432
433 #endif