Implement -split-spill-mode=size.
[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   // Sorted slot indexes of using instructions.
50   SmallVector<SlotIndex, 8> UseSlots;
51
52   /// Additional information about basic blocks where the current variable is
53   /// live. Such a block will look like one of these templates:
54   ///
55   ///  1. |   o---x   | Internal to block. Variable is only live in this block.
56   ///  2. |---x       | Live-in, kill.
57   ///  3. |       o---| Def, live-out.
58   ///  4. |---x   o---| Live-in, kill, def, live-out. Counted by NumGapBlocks.
59   ///  5. |---o---o---| Live-through with uses or defs.
60   ///  6. |-----------| Live-through without uses. Counted by NumThroughBlocks.
61   ///
62   /// Two BlockInfo entries are created for template 4. One for the live-in
63   /// segment, and one for the live-out segment. These entries look as if the
64   /// block were split in the middle where the live range isn't live.
65   ///
66   /// Live-through blocks without any uses don't get BlockInfo entries. They
67   /// are simply listed in ThroughBlocks instead.
68   ///
69   struct BlockInfo {
70     MachineBasicBlock *MBB;
71     SlotIndex FirstInstr; ///< First instr accessing current reg.
72     SlotIndex LastInstr;  ///< Last instr accessing current reg.
73     SlotIndex FirstDef;   ///< First non-phi valno->def, or SlotIndex().
74     bool LiveIn;          ///< Current reg is live in.
75     bool LiveOut;         ///< Current reg is live out.
76
77     /// isOneInstr - Returns true when this BlockInfo describes a single
78     /// instruction.
79     bool isOneInstr() const {
80       return SlotIndex::isSameInstr(FirstInstr, LastInstr);
81     }
82   };
83
84 private:
85   // Current live interval.
86   const LiveInterval *CurLI;
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 that 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   /// isOriginalEndpoint - Return true if the original live range was killed or
149   /// (re-)defined at Idx. Idx should be the 'def' slot for a normal kill/def,
150   /// and 'use' for an early-clobber def.
151   /// This can be used to recognize code inserted by earlier live range
152   /// splitting.
153   bool isOriginalEndpoint(SlotIndex Idx) const;
154
155   /// getUseBlocks - Return an array of BlockInfo objects for the basic blocks
156   /// where CurLI has uses.
157   ArrayRef<BlockInfo> getUseBlocks() const { return UseBlocks; }
158
159   /// getNumThroughBlocks - Return the number of through blocks.
160   unsigned getNumThroughBlocks() const { return NumThroughBlocks; }
161
162   /// isThroughBlock - Return true if CurLI is live through MBB without uses.
163   bool isThroughBlock(unsigned MBB) const { return ThroughBlocks.test(MBB); }
164
165   /// getThroughBlocks - Return the set of through blocks.
166   const BitVector &getThroughBlocks() const { return ThroughBlocks; }
167
168   /// getNumLiveBlocks - Return the number of blocks where CurLI is live.
169   unsigned getNumLiveBlocks() const {
170     return getUseBlocks().size() - NumGapBlocks + getNumThroughBlocks();
171   }
172
173   /// countLiveBlocks - Return the number of blocks where li is live. This is
174   /// guaranteed to return the same number as getNumLiveBlocks() after calling
175   /// analyze(li).
176   unsigned countLiveBlocks(const LiveInterval *li) const;
177
178   typedef SmallPtrSet<const MachineBasicBlock*, 16> BlockPtrSet;
179
180   /// shouldSplitSingleBlock - Returns true if it would help to create a local
181   /// live range for the instructions in BI. There is normally no benefit to
182   /// creating a live range for a single instruction, but it does enable
183   /// register class inflation if the instruction has a restricted register
184   /// class.
185   ///
186   /// @param BI           The block to be isolated.
187   /// @param SingleInstrs True when single instructions should be isolated.
188   bool shouldSplitSingleBlock(const BlockInfo &BI, bool SingleInstrs) const;
189 };
190
191
192 /// SplitEditor - Edit machine code and LiveIntervals for live range
193 /// splitting.
194 ///
195 /// - Create a SplitEditor from a SplitAnalysis.
196 /// - Start a new live interval with openIntv.
197 /// - Mark the places where the new interval is entered using enterIntv*
198 /// - Mark the ranges where the new interval is used with useIntv* 
199 /// - Mark the places where the interval is exited with exitIntv*.
200 /// - Finish the current interval with closeIntv and repeat from 2.
201 /// - Rewrite instructions with finish().
202 ///
203 class SplitEditor {
204   SplitAnalysis &SA;
205   LiveIntervals &LIS;
206   VirtRegMap &VRM;
207   MachineRegisterInfo &MRI;
208   MachineDominatorTree &MDT;
209   const TargetInstrInfo &TII;
210   const TargetRegisterInfo &TRI;
211
212 public:
213
214   /// ComplementSpillMode - Select how the complement live range should be
215   /// created.  SplitEditor automatically creates interval 0 to contain
216   /// anything that isn't added to another interval.  This complement interval
217   /// can get quite complicated, and it can sometimes be an advantage to allow
218   /// it to overlap the other intervals.  If it is going to spill anyway, no
219   /// registers are wasted by keeping a value in two places at the same time.
220   enum ComplementSpillMode {
221     /// SM_Partition(Default) - Try to create the complement interval so it
222     /// doesn't overlap any other intervals, and the original interval is
223     /// partitioned.  This may require a large number of back copies and extra
224     /// PHI-defs.  Only segments marked with overlapIntv will be overlapping.
225     SM_Partition,
226
227     /// SM_Size - Overlap intervals to minimize the number of inserted COPY
228     /// instructions.  Copies to the complement interval are hoisted to their
229     /// common dominator, so only one COPY is required per value in the
230     /// complement interval.  This also means that no extra PHI-defs need to be
231     /// inserted in the complement interval.
232     SM_Size,
233
234     /// SM_Speed - Overlap intervals to minimize the expected execution
235     /// frequency of the inserted copies.  This is very similar to SM_Size, but
236     /// the complement interval may get some extra PHI-defs.
237     SM_Speed
238   };
239
240 private:
241
242   /// Edit - The current parent register and new intervals created.
243   LiveRangeEdit *Edit;
244
245   /// Index into Edit of the currently open interval.
246   /// The index 0 is used for the complement, so the first interval started by
247   /// openIntv will be 1.
248   unsigned OpenIdx;
249
250   /// The current spill mode, selected by reset().
251   ComplementSpillMode SpillMode;
252
253   /// Parent interval values where the complement interval may be overlapping
254   /// other intervals.
255   SmallPtrSet<const VNInfo*, 8> OverlappedComplement;
256
257   typedef IntervalMap<SlotIndex, unsigned> RegAssignMap;
258
259   /// Allocator for the interval map. This will eventually be shared with
260   /// SlotIndexes and LiveIntervals.
261   RegAssignMap::Allocator Allocator;
262
263   /// RegAssign - Map of the assigned register indexes.
264   /// Edit.get(RegAssign.lookup(Idx)) is the register that should be live at
265   /// Idx.
266   RegAssignMap RegAssign;
267
268   typedef DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, VNInfo*> ValueMap;
269
270   /// Values - keep track of the mapping from parent values to values in the new
271   /// intervals. Given a pair (RegIdx, ParentVNI->id), Values contains:
272   ///
273   /// 1. No entry - the value is not mapped to Edit.get(RegIdx).
274   /// 2. Null - the value is mapped to multiple values in Edit.get(RegIdx).
275   ///    Each value is represented by a minimal live range at its def.
276   /// 3. A non-null VNInfo - the value is mapped to a single new value.
277   ///    The new value has no live ranges anywhere.
278   ValueMap Values;
279
280   /// LRCalc - Cache for computing live ranges and SSA update.  Each instance
281   /// can only handle non-overlapping live ranges, so use a separate
282   /// LiveRangeCalc instance for the complement interval when in spill mode.
283   LiveRangeCalc LRCalc[2];
284
285   /// getLRCalc - Return the LRCalc to use for RegIdx.  In spill mode, the
286   /// complement interval can overlap the other intervals, so it gets its own
287   /// LRCalc instance.  When not in spill mode, all intervals can share one.
288   LiveRangeCalc &getLRCalc(unsigned RegIdx) {
289     return LRCalc[SpillMode != SM_Partition && RegIdx != 0];
290   }
291
292   /// defValue - define a value in RegIdx from ParentVNI at Idx.
293   /// Idx does not have to be ParentVNI->def, but it must be contained within
294   /// ParentVNI's live range in ParentLI. The new value is added to the value
295   /// map.
296   /// Return the new LI value.
297   VNInfo *defValue(unsigned RegIdx, const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx);
298
299   /// markComplexMapped - Mark ParentVNI as complex mapped in RegIdx regardless
300   /// of the number of defs.
301   void markComplexMapped(unsigned RegIdx, const VNInfo *ParentVNI);
302
303   /// markOverlappedComplement - Mark ParentVNI as being overlapped in the
304   /// complement interval.  The complement interval may overlap other intervals
305   /// after overlapIntv has been called, or when in spill mode.
306   void markOverlappedComplement(const VNInfo *ParentVNI);
307
308   /// needsRecompute - Returns true if the live range of ParentVNI needs to be
309   /// recomputed in RegIdx using LiveRangeCalc::extend.  This is the case if
310   /// the value has been rematerialized, or when back-copies have been hoisted
311   /// in spill mode.
312   bool needsRecompute(unsigned RegIdx, const VNInfo *ParentVNI);
313
314   /// defFromParent - Define Reg from ParentVNI at UseIdx using either
315   /// rematerialization or a COPY from parent. Return the new value.
316   VNInfo *defFromParent(unsigned RegIdx,
317                         VNInfo *ParentVNI,
318                         SlotIndex UseIdx,
319                         MachineBasicBlock &MBB,
320                         MachineBasicBlock::iterator I);
321
322   /// removeBackCopies - Remove the copy instructions that defines the values
323   /// in the vector in the complement interval.
324   void removeBackCopies(SmallVectorImpl<VNInfo*> &Copies);
325
326   /// hoistCopiesForSize - Hoist back-copies to the complement interval in a
327   /// way that minimizes code size. This implements the SM_Size spill mode.
328   void hoistCopiesForSize();
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&, ComplementSpillMode = SM_Partition);
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   /// splitLiveThroughBlock - Split CurLI in the given block such that it
427   /// enters the block in IntvIn and leaves it in IntvOut. There may be uses in
428   /// the block, but they will be ignored when placing split points.
429   ///
430   /// @param MBBNum      Block number.
431   /// @param IntvIn      Interval index entering the block.
432   /// @param LeaveBefore When set, leave IntvIn before this point.
433   /// @param IntvOut     Interval index leaving the block.
434   /// @param EnterAfter  When set, enter IntvOut after this point.
435   void splitLiveThroughBlock(unsigned MBBNum,
436                              unsigned IntvIn, SlotIndex LeaveBefore,
437                              unsigned IntvOut, SlotIndex EnterAfter);
438
439   /// splitRegInBlock - Split CurLI in the given block such that it enters the
440   /// block in IntvIn and leaves it on the stack (or not at all). Split points
441   /// are placed in a way that avoids putting uses in the stack interval. This
442   /// may require creating a local interval when there is interference.
443   ///
444   /// @param BI          Block descriptor.
445   /// @param IntvIn      Interval index entering the block. Not 0.
446   /// @param LeaveBefore When set, leave IntvIn before this point.
447   void splitRegInBlock(const SplitAnalysis::BlockInfo &BI,
448                        unsigned IntvIn, SlotIndex LeaveBefore);
449
450   /// splitRegOutBlock - Split CurLI in the given block such that it enters the
451   /// block on the stack (or isn't live-in at all) and leaves it in IntvOut.
452   /// Split points are placed to avoid interference and such that the uses are
453   /// not in the stack interval. This may require creating a local interval
454   /// when there is interference.
455   ///
456   /// @param BI          Block descriptor.
457   /// @param IntvOut     Interval index leaving the block.
458   /// @param EnterAfter  When set, enter IntvOut after this point.
459   void splitRegOutBlock(const SplitAnalysis::BlockInfo &BI,
460                         unsigned IntvOut, SlotIndex EnterAfter);
461 };
462
463 }
464
465 #endif