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