Add SplitAnalysis::getNumLiveBlocks().
[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.
67   ///  5. |---o---o---| Live-through with uses or defs.
68   ///  6. |-----------| Live-through without uses. Transparent.
69   ///
70   struct BlockInfo {
71     MachineBasicBlock *MBB;
72     SlotIndex FirstUse;   ///< First instr using current reg.
73     SlotIndex LastUse;    ///< Last instr using current reg.
74     SlotIndex Kill;       ///< Interval end point inside block.
75     SlotIndex Def;        ///< Interval start point inside block.
76     bool LiveThrough;     ///< Live in whole block (Templ 5. or 6. above).
77     bool LiveIn;          ///< Current reg is live in.
78     bool LiveOut;         ///< Current reg is live out.
79   };
80
81 private:
82   // Current live interval.
83   const LiveInterval *CurLI;
84
85   /// LastSplitPoint - Last legal split point in each basic block in the current
86   /// function. The first entry is the first terminator, the second entry is the
87   /// last valid split point for a variable that is live in to a landing pad
88   /// successor.
89   SmallVector<std::pair<SlotIndex, SlotIndex>, 8> LastSplitPoint;
90
91   /// UseBlocks - Blocks where CurLI has uses.
92   SmallVector<BlockInfo, 8> UseBlocks;
93
94   /// ThroughBlocks - Block numbers where CurLI is live through without uses.
95   BitVector ThroughBlocks;
96
97   /// NumThroughBlocks - Number of live-through blocks.
98   unsigned NumThroughBlocks;
99
100   /// DidRepairRange - analyze was forced to shrinkToUses().
101   bool DidRepairRange;
102
103   SlotIndex computeLastSplitPoint(unsigned Num);
104
105   // Sumarize statistics by counting instructions using CurLI.
106   void analyzeUses();
107
108   /// calcLiveBlockInfo - Compute per-block information about CurLI.
109   bool calcLiveBlockInfo();
110
111 public:
112   SplitAnalysis(const VirtRegMap &vrm, const LiveIntervals &lis,
113                 const MachineLoopInfo &mli);
114
115   /// analyze - set CurLI to the specified interval, and analyze how it may be
116   /// split.
117   void analyze(const LiveInterval *li);
118
119   /// didRepairRange() - Returns true if CurLI was invalid and has been repaired
120   /// by analyze(). This really shouldn't happen, but sometimes the coalescer
121   /// can create live ranges that end in mid-air.
122   bool didRepairRange() const { return DidRepairRange; }
123
124   /// clear - clear all data structures so SplitAnalysis is ready to analyze a
125   /// new interval.
126   void clear();
127
128   /// getParent - Return the last analyzed interval.
129   const LiveInterval &getParent() const { return *CurLI; }
130
131   /// getLastSplitPoint - Return that base index of the last valid split point
132   /// in the basic block numbered Num.
133   SlotIndex getLastSplitPoint(unsigned Num) {
134     // Inline the common simple case.
135     if (LastSplitPoint[Num].first.isValid() &&
136         !LastSplitPoint[Num].second.isValid())
137       return LastSplitPoint[Num].first;
138     return computeLastSplitPoint(Num);
139   }
140
141   /// isOriginalEndpoint - Return true if the original live range was killed or
142   /// (re-)defined at Idx. Idx should be the 'def' slot for a normal kill/def,
143   /// and 'use' for an early-clobber def.
144   /// This can be used to recognize code inserted by earlier live range
145   /// splitting.
146   bool isOriginalEndpoint(SlotIndex Idx) const;
147
148   /// getUseBlocks - Return an array of BlockInfo objects for the basic blocks
149   /// where CurLI has uses.
150   ArrayRef<BlockInfo> getUseBlocks() const { return UseBlocks; }
151
152   /// getNumThroughBlocks - Return the number of through blocks.
153   unsigned getNumThroughBlocks() const { return NumThroughBlocks; }
154
155   /// isThroughBlock - Return true if CurLI is live through MBB without uses.
156   bool isThroughBlock(unsigned MBB) const { return ThroughBlocks.test(MBB); }
157
158   /// getThroughBlocks - Return the set of through blocks.
159   const BitVector &getThroughBlocks() const { return ThroughBlocks; }
160
161   /// getNumLiveBlocks - Return the number of blocks where CurLI is live.
162   unsigned getNumLiveBlocks() const {
163     return getUseBlocks().size() + getNumThroughBlocks();
164   }
165
166   /// countLiveBlocks - Return the number of blocks where li is live. This is
167   /// guaranteed to return the same number as getNumLiveBlocks() after calling
168   /// analyze(li).
169   unsigned countLiveBlocks(const LiveInterval *li) const;
170
171   typedef SmallPtrSet<const MachineBasicBlock*, 16> BlockPtrSet;
172
173   /// getMultiUseBlocks - Add basic blocks to Blocks that may benefit from
174   /// having CurLI split to a new live interval. Return true if Blocks can be
175   /// passed to SplitEditor::splitSingleBlocks.
176   bool getMultiUseBlocks(BlockPtrSet &Blocks);
177 };
178
179
180 /// SplitEditor - Edit machine code and LiveIntervals for live range
181 /// splitting.
182 ///
183 /// - Create a SplitEditor from a SplitAnalysis.
184 /// - Start a new live interval with openIntv.
185 /// - Mark the places where the new interval is entered using enterIntv*
186 /// - Mark the ranges where the new interval is used with useIntv* 
187 /// - Mark the places where the interval is exited with exitIntv*.
188 /// - Finish the current interval with closeIntv and repeat from 2.
189 /// - Rewrite instructions with finish().
190 ///
191 class SplitEditor {
192   SplitAnalysis &SA;
193   LiveIntervals &LIS;
194   VirtRegMap &VRM;
195   MachineRegisterInfo &MRI;
196   MachineDominatorTree &MDT;
197   const TargetInstrInfo &TII;
198   const TargetRegisterInfo &TRI;
199
200   /// Edit - The current parent register and new intervals created.
201   LiveRangeEdit *Edit;
202
203   /// Index into Edit of the currently open interval.
204   /// The index 0 is used for the complement, so the first interval started by
205   /// openIntv will be 1.
206   unsigned OpenIdx;
207
208   typedef IntervalMap<SlotIndex, unsigned> RegAssignMap;
209
210   /// Allocator for the interval map. This will eventually be shared with
211   /// SlotIndexes and LiveIntervals.
212   RegAssignMap::Allocator Allocator;
213
214   /// RegAssign - Map of the assigned register indexes.
215   /// Edit.get(RegAssign.lookup(Idx)) is the register that should be live at
216   /// Idx.
217   RegAssignMap RegAssign;
218
219   typedef DenseMap<std::pair<unsigned, unsigned>, VNInfo*> ValueMap;
220
221   /// Values - keep track of the mapping from parent values to values in the new
222   /// intervals. Given a pair (RegIdx, ParentVNI->id), Values contains:
223   ///
224   /// 1. No entry - the value is not mapped to Edit.get(RegIdx).
225   /// 2. Null - the value is mapped to multiple values in Edit.get(RegIdx).
226   ///    Each value is represented by a minimal live range at its def.
227   /// 3. A non-null VNInfo - the value is mapped to a single new value.
228   ///    The new value has no live ranges anywhere.
229   ValueMap Values;
230
231   typedef std::pair<VNInfo*, MachineDomTreeNode*> LiveOutPair;
232   typedef IndexedMap<LiveOutPair, MBB2NumberFunctor> LiveOutMap;
233
234   // LiveOutCache - Map each basic block where a new register is live out to the
235   // live-out value and its defining block.
236   // One of these conditions shall be true:
237   //
238   //  1. !LiveOutCache.count(MBB)
239   //  2. LiveOutCache[MBB].second.getNode() == MBB
240   //  3. forall P in preds(MBB): LiveOutCache[P] == LiveOutCache[MBB]
241   //
242   // This is only a cache, the values can be computed as:
243   //
244   //  VNI = Edit.get(RegIdx)->getVNInfoAt(LIS.getMBBEndIdx(MBB))
245   //  Node = mbt_[LIS.getMBBFromIndex(VNI->def)]
246   //
247   // The cache is also used as a visited set by extendRange(). It can be shared
248   // by all the new registers because at most one is live out of each block.
249   LiveOutMap LiveOutCache;
250
251   // LiveOutSeen - Indexed by MBB->getNumber(), a bit is set for each valid
252   // entry in LiveOutCache.
253   BitVector LiveOutSeen;
254
255   /// LiveInBlock - Info for updateSSA() about a block where a register is
256   /// live-in.
257   /// The updateSSA caller provides DomNode and Kill inside MBB, updateSSA()
258   /// adds the computed live-in value.
259   struct LiveInBlock {
260     // Dominator tree node for the block.
261     // Cleared by updateSSA when the final value has been determined.
262     MachineDomTreeNode *DomNode;
263
264     // Live-in value filled in by updateSSA once it is known.
265     VNInfo *Value;
266
267     // Position in block where the live-in range ends, or SlotIndex() if the
268     // range passes through the block.
269     SlotIndex Kill;
270
271     LiveInBlock(MachineDomTreeNode *node) : DomNode(node), Value(0) {}
272   };
273
274   /// LiveInBlocks - List of live-in blocks used by findReachingDefs() and
275   /// updateSSA(). This list is usually empty, it exists here to avoid frequent
276   /// reallocations.
277   SmallVector<LiveInBlock, 16> LiveInBlocks;
278
279   /// defValue - define a value in RegIdx from ParentVNI at Idx.
280   /// Idx does not have to be ParentVNI->def, but it must be contained within
281   /// ParentVNI's live range in ParentLI. The new value is added to the value
282   /// map.
283   /// Return the new LI value.
284   VNInfo *defValue(unsigned RegIdx, const VNInfo *ParentVNI, SlotIndex Idx);
285
286   /// markComplexMapped - Mark ParentVNI as complex mapped in RegIdx regardless
287   /// of the number of defs.
288   void markComplexMapped(unsigned RegIdx, const VNInfo *ParentVNI);
289
290   /// defFromParent - Define Reg from ParentVNI at UseIdx using either
291   /// rematerialization or a COPY from parent. Return the new value.
292   VNInfo *defFromParent(unsigned RegIdx,
293                         VNInfo *ParentVNI,
294                         SlotIndex UseIdx,
295                         MachineBasicBlock &MBB,
296                         MachineBasicBlock::iterator I);
297
298   /// extendRange - Extend the live range of Edit.get(RegIdx) so it reaches Idx.
299   /// Insert PHIDefs as needed to preserve SSA form.
300   void extendRange(unsigned RegIdx, SlotIndex Idx);
301
302   /// findReachingDefs - Starting from MBB, add blocks to LiveInBlocks until all
303   /// reaching defs for LI are found.
304   /// @param LI   Live interval whose value is needed.
305   /// @param MBB  Block where LI should be live-in.
306   /// @param Kill Kill point in MBB.
307   /// @return Unique value seen, or NULL.
308   VNInfo *findReachingDefs(LiveInterval *LI, MachineBasicBlock *MBB,
309                            SlotIndex Kill);
310
311   /// updateSSA - Compute and insert PHIDefs such that all blocks in
312   // LiveInBlocks get a known live-in value. Add live ranges to the blocks.
313   void updateSSA();
314
315   /// transferValues - Transfer values to the new ranges.
316   /// Return true if any ranges were skipped.
317   bool transferValues();
318
319   /// extendPHIKillRanges - Extend the ranges of all values killed by original
320   /// parent PHIDefs.
321   void extendPHIKillRanges();
322
323   /// rewriteAssigned - Rewrite all uses of Edit.getReg() to assigned registers.
324   void rewriteAssigned(bool ExtendRanges);
325
326   /// deleteRematVictims - Delete defs that are dead after rematerializing.
327   void deleteRematVictims();
328
329 public:
330   /// Create a new SplitEditor for editing the LiveInterval analyzed by SA.
331   /// Newly created intervals will be appended to newIntervals.
332   SplitEditor(SplitAnalysis &SA, LiveIntervals&, VirtRegMap&,
333               MachineDominatorTree&);
334
335   /// reset - Prepare for a new split.
336   void reset(LiveRangeEdit&);
337
338   /// Create a new virtual register and live interval.
339   /// Return the interval index, starting from 1. Interval index 0 is the
340   /// implicit complement interval.
341   unsigned openIntv();
342
343   /// currentIntv - Return the current interval index.
344   unsigned currentIntv() const { return OpenIdx; }
345
346   /// selectIntv - Select a previously opened interval index.
347   void selectIntv(unsigned Idx);
348
349   /// enterIntvBefore - Enter the open interval before the instruction at Idx.
350   /// If the parent interval is not live before Idx, a COPY is not inserted.
351   /// Return the beginning of the new live range.
352   SlotIndex enterIntvBefore(SlotIndex Idx);
353
354   /// enterIntvAtEnd - Enter the open interval at the end of MBB.
355   /// Use the open interval from he inserted copy to the MBB end.
356   /// Return the beginning of the new live range.
357   SlotIndex enterIntvAtEnd(MachineBasicBlock &MBB);
358
359   /// useIntv - indicate that all instructions in MBB should use OpenLI.
360   void useIntv(const MachineBasicBlock &MBB);
361
362   /// useIntv - indicate that all instructions in range should use OpenLI.
363   void useIntv(SlotIndex Start, SlotIndex End);
364
365   /// leaveIntvAfter - Leave the open interval after the instruction at Idx.
366   /// Return the end of the live range.
367   SlotIndex leaveIntvAfter(SlotIndex Idx);
368
369   /// leaveIntvBefore - Leave the open interval before the instruction at Idx.
370   /// Return the end of the live range.
371   SlotIndex leaveIntvBefore(SlotIndex Idx);
372
373   /// leaveIntvAtTop - Leave the interval at the top of MBB.
374   /// Add liveness from the MBB top to the copy.
375   /// Return the end of the live range.
376   SlotIndex leaveIntvAtTop(MachineBasicBlock &MBB);
377
378   /// overlapIntv - Indicate that all instructions in range should use the open
379   /// interval, but also let the complement interval be live.
380   ///
381   /// This doubles the register pressure, but is sometimes required to deal with
382   /// register uses after the last valid split point.
383   ///
384   /// The Start index should be a return value from a leaveIntv* call, and End
385   /// should be in the same basic block. The parent interval must have the same
386   /// value across the range.
387   ///
388   void overlapIntv(SlotIndex Start, SlotIndex End);
389
390   /// finish - after all the new live ranges have been created, compute the
391   /// remaining live range, and rewrite instructions to use the new registers.
392   /// @param LRMap When not null, this vector will map each live range in Edit
393   ///              back to the indices returned by openIntv.
394   ///              There may be extra indices created by dead code elimination.
395   void finish(SmallVectorImpl<unsigned> *LRMap = 0);
396
397   /// dump - print the current interval maping to dbgs().
398   void dump() const;
399
400   // ===--- High level methods ---===
401
402   /// splitSingleBlock - Split CurLI into a separate live interval around the
403   /// uses in a single block. This is intended to be used as part of a larger
404   /// split, and doesn't call finish().
405   void splitSingleBlock(const SplitAnalysis::BlockInfo &BI);
406
407   /// splitSingleBlocks - Split CurLI into a separate live interval inside each
408   /// basic block in Blocks.
409   void splitSingleBlocks(const SplitAnalysis::BlockPtrSet &Blocks);
410 };
411
412 }
413
414 #endif